Kredit gambar: ESA
Sekurang-kurangnya tiga elemen memerlukan kehidupan seperti yang kita ketahui: air, tenaga dan atmosfera. Di antara Marikh dan bulan di sekitar Musytari dan Saturnus, terdapat bukti satu atau dua dari ketiga elemen ini, tetapi kurang diketahui jika satu set lengkap tersedia. Hanya bulan Saturnus, Titan, yang memiliki atmosfera setanding dengan tekanan Bumi, dan jauh lebih tebal daripada yang di bumi (1% dari tekanan permukaan laut Bumi).
Titik paling menarik mengenai simulasi jerebu hidrokarbon Titan adalah bahawa komponen kabut ini mengandungi molekul yang disebut tholins (dari kata Yunani, berlumpur) yang dapat membentuk asas-asas asas kehidupan. Sebagai contoh, asid amino, salah satu blok bangunan kehidupan terestrial, terbentuk apabila zarah-zarah seperti kabut merah-coklat ini diletakkan di dalam air. Seperti yang ditunjukkan oleh Carl Sagan, Titan dapat dianggap sebagai selari luas dengan atmosfera darat awal sehubungan dengan kimianya dan dengan cara ini, tentu saja relevan dengan asal-usul kehidupan.
Musim panas ini, kapal angkasa Cassini NASA, yang dilancarkan pada tahun 1997, dijadualkan memasuki orbit sekitar Saturnus dan bulannya selama empat tahun. Pada awal tahun 2005, siasatan Huygens yang sedang dilancarkan dijadualkan akan terjun ke atmosfer Titan yang kabur dan mendarat di permukaan bulan. Terdapat 12 instrumen di atas pengorbit Pesawat Luar Cassini, dan 6 instrumen di dalam Probe Huygens. Probe Huygens terutama ditujukan untuk mengambil sampel atmosfera. Probe dilengkapi untuk melakukan pengukuran dan merakam gambar sehingga setengah jam di permukaan. Tetapi siasatan itu tidak mempunyai kaki, jadi apabila ia jatuh di permukaan Titan, orientasinya akan menjadi rawak. Dan pendaratannya mungkin tidak dilakukan oleh laman web yang mengandungi organik. Imej di mana Cassini berada di orbitnya sekarang terus dikemas kini dan tersedia untuk dilihat ketika misi itu berjalan.
Majalah Astrobiologi berpeluang untuk berbicara dengan saintis penyelidikan, Jean-Michel Bernard dari University of Paris, tentang bagaimana mensimulasikan kimia kompleks Titan dalam tabung uji darat. Simulasi persekitaran Titannya dibuat berdasarkan sup prebiotik klasik, yang pertama kali dipelopori lima puluh tahun yang lalu oleh penyelidik University of Chicago, Harold Urey dan Stanley Miller.
Majalah Astrobiologi (AM): Apa yang pertama kali mendorong minat anda terhadap kimia atmosfera Titan?
Jean-Michel Bernard (JB): Bagaimana dua molekul sederhana (nitrogen dan metana) mencipta kimia yang sangat kompleks? Adakah kimia menjadi biokimia? Penemuan kehidupan baru-baru ini dalam keadaan yang melampau di Bumi (bakteria di Kutub Selatan pada suhu -40? C dan archaea pada suhu lebih dari +110? C di sekitar sumber hidroterma) memungkinkan untuk mengandaikan bahawa kehidupan boleh ada di dunia lain dan lain-lain syarat.
Titan mempunyai minat astrobiologi kerana ia adalah satu-satunya satelit dalam sistem suria dengan atmosfer yang padat. Suasana Titan terbuat dari nitrogen dan metana. Zarah-zarah bertenaga yang berasal dari persekitaran Matahari dan Saturnus memungkinkan kimia kompleks, seperti pembentukan hidrokarbon dan nitril. Zarah-zarah juga menghasilkan jerebu kekal di sekitar satelit, hujan metana, angin, musim Baru-baru ini, tasik hidrokarbon nampaknya telah dikesan di permukaan Titan. Saya berpendapat bahawa penemuan ini, jika disahkan oleh misi Cassini-Huygens, akan sangat menarik.
Itu akan menjadikan Titan sebagai analog Bumi, kerana ia akan mempunyai atmosfer (gas), tasik (cair), jerebu dan tanah (padat), tiga persekitaran yang diperlukan untuk penampilan kehidupan.
Komposisi jerebu Titan tidak diketahui. Hanya data optik yang ada dan sukar untuk dianalisis kerana kerumitan bahan berkarbonat ini. Banyak eksperimen telah dilakukan untuk meniru kimia atmosfer Titan, terutama analog aerosol bernama "tholins" oleh kumpulan Carl Sagan. Nampaknya tholins boleh terlibat dalam asal usul kehidupan. Sesungguhnya, hidrolisis analog aerosol Titan ini menimbulkan pembentukan asid amino, pendahulu kehidupan.
PAGI: Bolehkah anda menerangkan simulasi eksperimen anda untuk memperluas eksperimen Miller-Urey dengan cara yang disesuaikan untuk suhu rendah Titan dan kimia yang unik?
JB: Sejak eksperimen Miller-Urey, banyak simulasi eksperimen sistem prebiotik yang sepatutnya dilakukan. Tetapi setelah pengambilan data Voyager, nampaknya perlu kembali ke pendekatan ini untuk mensimulasikan suasana Titan. Kemudian beberapa saintis melakukan eksperimen simulasi seperti itu dengan memperkenalkan campuran nitrogen-metana dalam sistem seperti alat Miller. Tetapi masalah menjadi jelas kerana perbezaan antara keadaan eksperimen dan keadaan Titan. Tekanan dan suhu tidak mewakili persekitaran Titan. Kemudian kami memutuskan untuk melakukan eksperimen yang menghasilkan tekanan dan suhu stratosfer Titan: campuran gas 2% metana dalam nitrogen, tekanan rendah (kira-kira 1 mbar) dan sistem kriogenik agar suhu rendah. Selanjutnya, sistem kami diletakkan di dalam kotak sarung tangan yang mengandungi nitrogen tulen untuk mengelakkan pencemaran oleh udara persekitaran produk pepejal.
PAGI: Apa yang anda anggap sebagai sumber tenaga terbaik untuk mencetuskan kimia sintetik Titan: magnetosfera zarah Saturnia, sinaran matahari, atau sesuatu yang lain?
JB: Para saintis berdebat mengenai sumber tenaga apa yang paling sesuai untuk mensimulasikan sumber tenaga di atmosfer Titan. Sinaran ultraviolet (UV)? Sinaran kosmik? Elektron dan zarah bertenaga lain yang berasal dari magnetosfera Saturnus? Semua sumber ini terlibat, tetapi kejadiannya bergantung pada ketinggian: sinaran ultraviolet ekstrem dan elektron di ionosfera, sinar UV di stratosfer, sementara sinar kosmik berlaku di troposfer.
Saya rasa soalan yang sesuai adalah: Apakah tujuan eksperimen? Sekiranya untuk memahami kimia hidrogen sianida (HCN) di stratosfer Titan, simulasi dengan sinaran UV HCN adalah sesuai. Sekiranya tujuannya adalah untuk menentukan kesan medan elektrik yang dihasilkan oleh sinar kosmik galaksi di troposfera, pelepasan korona dari atmosfer Titan yang disimulasikan lebih disukai.
Dalam mengkaji keadaan stratosfera Titan, kami memilih untuk menggunakan pelepasan elektrik dalam simulasi kami. Pilihan ini dipertandingkan oleh minoriti saintis kerana sumber tenaga utama di stratosfer Titan adalah sinaran UV. Tetapi keputusan kami mengesahkan percubaan kami. Kami mengesan semua spesies organik yang diperhatikan di Titan. Kami meramalkan kehadiran CH3CN (asetonitril) sebelum pemerhatiannya. Kami mengesan untuk pertama kalinya dicyanoacetylene, C4N2, molekul tidak stabil pada suhu bilik yang juga telah dikesan di atmosfer Titan. Tanda tangan inframerah tengah produk pepejal yang dibuat dalam eksperimen kami sesuai dengan pemerhatian Titan.
PAGI: Bagaimana hasil anda menjadi sebahagian daripada ujian atmosfera yang dirancang untuk siasatan Cassini-Huygens?
JB: Setelah berkolaborasi dengan pasukan dari Observatoire Astronomique de Bordeaux di Perancis, kami menentukan pemalar dielektrik analog aerosol. Ini akan membolehkan kita menganggarkan bagaimana suasana dan sifat permukaan Titan dapat mempengaruhi prestasi eksperimen radar Cassini-Huygens. Ketinggian di atas probe Huygens mungkin dipengaruhi oleh sifat aerosol, tetapi eksperimen pelengkap mesti dilakukan untuk mengesahkan hasil ini.
Dua tahun yang lalu, kami memperkenalkan campuran gas, N2 / CH4 / CO (98 / 1.99 / 0.01). Tujuannya adalah untuk menentukan kesan karbon monoksida, sebatian oksigen yang paling banyak pada Titan. Anehnya, kami mengesan oksirana dalam fasa gas sebagai produk oksigen utama. Molekul yang tidak stabil ini dijumpai di medium antarbintang tetapi model teoritis tidak meramalkannya untuk kimia Titan. Namun mungkin molekul ini terdapat di Titan.
Pada masa ini, kami menganalisis molekul, radikal, atom dan ion pertama (atau 'spesies') yang dihasilkan di dalam reaktor eksperimen kami. Kami menggunakan spektrometri inframerah dan pancaran yang kelihatan UV untuk mengkaji spesies teruja seperti CN, CH, NH, C2, HCN, C2H2. Seterusnya, kita akan memerhatikan hubungan antara kelimpahan spesies ini dan struktur produk pepejal. Dengan menggabungkan hasil eksperimen ini dengan model teoritis yang dikembangkan dengan kerjasama Universiti Porto di Portugal, kita akan mempunyai pemahaman yang lebih baik mengenai kimia yang berlaku ke dalam reaktor eksperimen. Ini akan membolehkan kita menganalisis data Cassini-Huygens dan pembentukan jerebu Titan.
Pasukan kami terlibat di peringkat sains misi juga, kerana salah seorang saintis misi juga berada dalam kumpulan kami di Laboratoire Inter-Universitaire des Syst? Mes Atmosph? Riques, LISA). Tholins makmal kami akan digunakan sebagai panduan untuk mengkalibrasi beberapa instrumen pada probe Huygens dan orbit Cassini.
Terdapat 18 instrumen di dalam siasatan dan pengorbit. Ujian penentukuran diperlukan untuk kromatografi gas dan spektroskopi jisim [GC-MS]. GC-MS akan mengenal pasti dan mengukur bahan kimia di atmosfer Titan.
Ujian penentukuran juga diperlukan untuk Aerosol Collector and Pyrolyser (ACP). Eksperimen ini akan menarik zarah-zarah aerosol dari atmosfer melalui penapis, kemudian memanaskan sampel yang terperangkap di dalam ketuhar untuk menguap volatil dan menguraikan bahan organik kompleks.
Spectrometer Komposit Inframerah (CIRS), alat pengukur terma pada orbit, juga perlu dikalibrasi. Berbanding dengan misi angkasa lepas sebelumnya, spektrometer di atas kapal Cassini-Huygens adalah peningkatan yang ketara, dengan resolusi spektrum sepuluh kali lebih tinggi daripada spektrometer kapal angkasa Voyager.
PAGI: Adakah anda mempunyai rancangan masa depan untuk penyelidikan ini?
JB: Langkah seterusnya adalah eksperimen yang dikembangkan oleh Marie-Claire Gazeau, yang disebut "SETUP". Eksperimen ini mempunyai dua bahagian: plasma sejuk untuk memisahkan nitrogen, dan reaktor fotokimia untuk memisahkan metana. Ini akan memberi kita simulasi global yang lebih baik mengenai keadaan Titan.
Sumber Asal: Majalah Astrobiologi NASA
