Οι επιστήμονες ψάχνουν τον Τιτάνα, το φεγγάρι του Κρόνου, προς αναζήτηση ζωής

Από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, 17 Μαΐου 2004

Ενώ το διαστημικό σκάφος Cassini πέταξε προς τον Κρόνο, χημικοί στη Γη έχουν παρομοιάσει τη βροχή οργανικών ενώσεων στην ατμόσφαιρα του φεγγαριού του Κρόνου, Τιτάνα, με πλαστική ρύπανση.

Οι επιστήμονες υποψιάζονται ότι οργανικά στερεά έπεφταν από τον ουρανό του Τιτάνα για δισεκατομμύρια χρόνια και ίσως να είναι πρόδρομες ενώσεις των βιοχημικών οργανικών ενώσεων.

Οι επιστήμονες αυτοί συνεργάζονται με το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα σε εργαστηριακά πειράματα, που θα βοηθήσουν τους επιστήμονες του διαστημοπλοίου Cassini να ερμηνεύσουν τα στοιχεία του Τιτάνα και να προγραμματίσουν μια αποστολή στο μέλλον με σκοπό να εξετάσουν τις οργανικές ενώσεις αυτές στην επιφάνεια του φεγγαριού.

Οι χημικοί στο εργαστήριο Mark Smith στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα δημιουργούν ενώσεις όπως εκείνες που συμπυκνώνονται στον ουρανό του Τιτάνα, βομβαρδίζοντας με ηλεκτρόνια μια παρόμοια ατμόσφαιρα με αυτήν του Τιτάνα. Έτσι παράγονται "tholins" -- οργανικά πολυμερή σώματα (σαν τα πλαστικά) που βρίσκονται στην ανώτερη ατμόσφαιρα του Τιτάνα, που αποτελείται από άζωτο και μεθάνιο . Τα tholins του Τιτάνα δημιουργούνται από το υπεριώδες ηλιακό φως και τα ηλεκτρόνια που προέρχονται από το μαγνητικό πεδίο του Κρόνου.

Τα μόρια του tholins πρέπει να διαλυθούν για να παράγουν τα αμινοξέα που είναι οι βασικές δομικές ομάδες της ζωής. Αλλά οι χημικοί ξέρουν ότι το tholins δεν θα διαλυθεί στις λίμνες και τους ωκεανούς του αιθανίου ή του μεθανίου που υπάρχουν στον Τιτάνα.

Εντούτοις, το tholins διαλύεται εύκολα στο νερό ή την αμμωνία. Και τα πειράματα που έγιναν πριν 20 χρόνια δείχνουν ότι η διάλυση του tholins στο υγρό νερό παράγει αμινοξέα.

Έτσι αν υπάρχει υγρό νερό, μπορούν να δημιουργηθούν αμινοξέα στην αρχέγονη σούπα του Τιτάνα.

Το οξυγόνο είναι άλλο βασικό συστατικό για τη ζωή πάνω στη Γη. Αλλά δεν υπάρχει, σχεδόν, οξυγόνο στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα.

Πέρυσι, εντούτοις, η Caitlin Griffith, του σεληνιακού και πλανητικού εργαστηρίου του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, ανακάλυψε πάγο από νερό στην επιφάνεια του Τιτάνα. Ο πλανητικός επιστήμονας Jonathan Lunine και άλλοι υποθέτουν ότι όταν εκρήγνυνται τα ηφαίστεια στον Τιτάνα, κάποια ποσότητα από αυτόν τον πάγο θα μπορούσε να λειώσει και να διαρρεύσει προς την επιφάνεια. Παρόμοιες διαρροές θα μπορούσαν να συμβούν όταν οι κομήτες και οι αστεροειδείς χτυπούν τον Τιτάνα.

Το νερό του Τιτάνα μπορεί να μην παγώσει αμέσως επειδή συνδέεται πιθανώς με αρκετή αμμωνία (που στη Γη θεωρείται αντιψυκτικό) για να παραμείνει υγρό για, περίπου, 1.000 χρόνια, σημειώνουν οι Smith και Lunine σε μια αναφορά στο περιοδικό "Astrobiology".

Έτσι αν και ο Τιτάνας είναι εξαιρετικά ψυχρός -- περίπου 94 βαθμοί Kelvin (μείον 180 βαθμοί Κελσίου) -- το νερό μπορεί για λίγο να ρέει πάνω από την επιφάνεια, παρέχοντας έτσι οξυγόνο και ένα συστατικό για τη χημεία.

Για να κατανοήσει πώς όλα αυτά μπορούν να δουλέψουν μαζί, η ομάδα του Smith παράγει μόρια tholins στο εργαστήριο, αναλύει τις φασματοσκοπικές ιδιότητες τους, και προσπαθεί να καταλάβει τη χημεία τους.

"Προσπαθούμε να μάθουμε πώς θα αντιδράσουν οι ενώσεις με το υγρό νερό στην επιφάνεια του Τιτάνα, ποιες ενώσεις θα σχηματίσουν, και, επομένως, τι θα πρέπει στην πραγματικότητα να ψάξουμε", εξηγεί ο Smith. "Ψάχνουμε όχι μόνο για οργανικές ενώσεις στην επιφάνεια, αλλά για το τι συνέβη για δισεκατομμύρια χρόνια.

"Θέλουμε να ξέρουμε ποια είδη μορίων έχουν εξελιχθεί, και ίσως μας βοηθήσει να μάθουμε πώς αναπτύχθηκαν τα βιολογικά μόρια πάνω στην αρχέγονη γη", είπε.

"Έχουμε μάθει μέχρι τώρα από τα πειράματά μας ότι αυτά τα υλικά είναι μίγματα απίστευτα σύνθετων μορίων", προσθέτει ο Smith. "Ο Carl Sagan ξόδεψε τα τελευταία 10 χρόνια της ζωής του μελετώντας αυτές τις ενώσεις σε πειράματα όπως τα δικά μας. Αυτό που έχουμε βρει συμπληρώνει την εργασία του. Βλέπουμε τις ίδιες φασματοσκοπικές υπογραφές."

Αλλά η ομάδα του Smith, επίσης, έχει βρει ότι υπάρχει ένα συστατικό αυτών των μορίων που είναι πολύ δραστικό και θα μπορούσε εύκολα, μέσα σε ένα λογικό χρονικό πλαίσιο, να αντιδράσει στην επιφάνεια του Τιτάνα προς δημιουργία οξυγονούχων ενώσεων.

"Κι αυτό είναι που τώρα αρχίζουμε να διευκρινίζουμε", αναφέρει ο Smith.

"Θα δουλέψουμε στο εργαστήριο Lawrence του Μπέρκλεϋ, μ' ένα σύγχροτρο που δημιουργεί tholins φωτοχημικά, χρησιμοποιώντας πολύ ενεργητικά φωτόνια για να διαχωρίσουμε αυτό το αέριο, που υπάρχει στον Τιτάνα, με τη βοήθεια υπεριώδους ακτινοβολίας".

Η υπεριώδης ακτινοβολία χτυπά τα μόρια του αζώτου και του μεθανίου στο ανώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας του Τιτάνα και τα διασπά. Οι επιστήμονες δεν ξέρουν εάν αυτή η διαδικασία παράγει τα ίδια είδη πολυμερών σωμάτων που σχηματίζονται από μια ηλεκτρική εκκένωση.

"Αν διασπάσετε τα μόρια του αζώτου και του μεθανίου με φως, μπορείτε να πάρετε πολυμερή σώματα παρόμοια με αυτά που σχηματίζονται όταν τα διασπά μια ηλεκτρική εκκένωση", αναφέρει ο Smith. "Ή μπορείτε να πάρετε και διαφορετικά πολυμερή σώματα. Η χημεία είναι αρκετά σύνθετη, και γι' αυτό δεν ξέρουμε τις απαντήσεις σε τόσο πολλές απλές ερωτήσεις. Αυτός είναι ένας από τους λόγους που κάνουμε τα πειράματα στο Μπέρκλεϋ."

Το διαστημόπλοιο Cassini προωθήθηκε το 1997 και όταν θα μπει σε τροχιά γύρω από τον Κρόνο πρόκειται να στείλει ένα σκάφος στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα το Δεκέμβριο του 2004. Αυτό το σκάφος, που ονομάζεται Huygens, θα επιπλεύσει στην επιφάνεια του Τιτάνα τον επόμενο Ιανουάριο.

"Ένα πορτοκαλί παχύ στρώμα αερολυμάτων του Τιτάνα είναι βασικά μια δέσμη οργανικών πλαστικών -- πολυμερή σώματα από άνθρακα, υδρογόνα και άζωτο", λέει ο Smith, επικεφαλής του τμήματος χημείας του Πανεπιστημίου της Αριζόνα. "Τα σωματίδια εγκαθίστανται τελικά στην επιφάνεια του Τιτάνα, όπου παράγουν το μεθάνιο, ένα οργανικό αέριο χρήσιμο για πολλές αντιδράσεις της οργανικής χημείας".

Το σκάφος Huygens του Cassini θα είναι η πρώτη συσκευή που θα βρει τη σύσταση του αερολύματος. Αλλά το σκάφος δεν θα τους πει και πολλά πράγματα για την οργανική χημεία στην επιφάνεια του Τιτάνα.

Μια επόμενη αποστολή στον Τιτάνα που θα περιλαμβάνει ένα ρομποτικό εργαστήριο οργανικής χημείας θα δώσει στους επιστήμονες πολλές λεπτομέρειες για το τι συμβαίνει στην επιφάνεια. Το πείραμα σχεδιάζεται από τους Lunine και Smith σε συνεργασία με ερευνητές από το Jet Propulsion Laboratory της NASA και το Caltech.

Ο Lunine είναι επικεφαλής του τμήματος για τον Τιτάνα του Αστροβιολογικού Ινστιτούτου της NASA και ένας από τους τρεις διεπιστημονικούς επιστήμονες για το σκάφος Huygens της αποστολής Cassini.

"Δεν ξέρουμε πραγματικά πώς σχηματίστηκε η ζωή στη Γη, ή σε οποιονδήποτε άλλον πλανήτη",  τονίζει ο Lunine. "Δεν υπάρχουν ίχνη για το πώς συνέβη στη Γη, επειδή  ήδη όλα τα οργανικά μόρια της Γης έχουν υποβληθεί σε βιοχημική επεξεργασία. Στον Τιτάνα έχουμε περισσότερες πιθανότητες να μελετήσουμε την οργανική χημεία σε ένα πλανητικό περιβάλλον, που έχει παραμείνει άψυχο κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών".

Τεράστια κύματα

Ερευνητές δε έχουν ανακοινώσει ότι κύματα τεράστιου ύψους κινούνται αργά στους ωκεανούς υδρογονανθράκων που ίσως υπάρχουν στον Τιτάνα και μάλιστα ίσως είναι επτά φορές ψηλότερα από ό,τι στη Γη, κινούνται όμως πολύ αργά και απέχουν μεταξύ τους περισσότερο.

Οι ερευνητές αυτοί χρησιμοποίησαν υπολογιστικά μοντέλα και δεδομένα από διαπλανητικά ραντάρ.

Οι επιστήμονες μπορεί να μάθουν οριστικά τι κρύβεται κάτω από τα πυκνά σύννεφα του Τιτάνα τον Ιανουάριο του 2005, όταν το σκάφος Cassini αποδεσμεύσει τη διερευνητική συσκευή Huygens, που θα πέσει με αλεξίπτωτο στην εξωγήινη επιφάνεια.

Και ο βολιστήρας Huygens είτε θα βουτήξει σε ένα κατάμαυρο ελαιώδες μείγμα μεθανίου και αιθανίου, είτε θα προσεδαφιστεί σε ένα στρώμα πάγου.

Οι πρώτες ενδείξεις για την ύπαρξη ωκεανών στον Τιτάνα προήλθαν από το σκάφος Voyager Ι, το οποίο πέρασε από τον Κρόνου το 1980.

Επίσης, άλλοι ερευνητές χρησιμοποίησαν ως ραντάρ το το μεγαλύτερο ραδιοτηλεσκόπιο του κόσμο, στο Arecibo του Πουέρτο Ρίκο,  και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι έως και το 75% της επιφάνειας του φεγγαριού καλύπτεται από υδρογονάνθρακες.

Η ανάκλαση των ραδιοκυμάτων του ραντάρ δείχνει ότι η κλίση στις πλαγιές των κυμάτων είναι μικρότερη από τέσσερις μοίρες.

Το συμπέρασμα αυτό βρίσκεται σε συμφωνία με προσομειώσεις σε υπολογιστικά μοντέλα. Η βαρύτητα του Τιτάνα είναι πολύ ασθενέστερη από της Γης, οπότε οι άνεμοι μπορούν να σηκώσουν κύματα μεγάλου ύψους. Τα κύματα όμως δεν μπορούν να κινηθούν γρήγορα σε ένα μείγμα υψηλού ιξώδους.