حقوق الصورة: UA
أثناء تحليق مركبة كاسيني الفضائية باتجاه زحل ، كان الكيميائيون على الأرض يصنعون تلوثًا بلاستيكيًا مثل ذلك الذي يمطر في جو القمر زحل ، تيتان.
يشتبه العلماء في أن المواد الصلبة العضوية تتساقط من سماء تيتان منذ مليارات السنين ، وقد تكون مركبات مهدت الطريق للخطوة الكيميائية التالية نحو الحياة. يتعاونون في تجارب مختبر جامعة أريزونا التي ستساعد علماء كاسيني على تفسير بيانات تيتان والتخطيط لمهمة مستقبلية من شأنها نشر مختبر الكيمياء العضوية على سطح تيتان.
يقوم الكيميائيون في مختبر مارك أ.سميث في جامعة أريزونا بإنشاء مركبات مثل تلك التي تتكثف من سماء تيتان عن طريق قصف تمثيلي لجو تيتان بالإلكترونات. هذا ينتج "ثولين"؟ البوليمرات العضوية (البلاستيك) الموجودة في الغلاف الجوي العلوي للنيتروجين والميثان. يتم إنشاء tholins تيتان عن طريق أشعة الشمس فوق البنفسجية والإلكترونات تتدفق من المجال المغناطيسي لكوكب زحل.
يجب أن يذوب الثولين لإنتاج الأحماض الأمينية التي تشكل اللبنات الأساسية للحياة. لكن الكيميائيين يعرفون أن الثولين لن يذوب في بحيرات أو محيطات الإيثان / الميثان.
ومع ذلك ، فإنها تذوب بسهولة في الماء أو الأمونيا. وتبين التجارب التي أجريت منذ 20 عامًا أن إذابة الثولين في الماء السائل ينتج أحماض أمينية. لذا ، بالنظر إلى الماء السائل ، قد يكون هناك أحماض أمينية تختمر في نسخة تيتان من الحساء البدائي.
الأكسجين هو العنصر الأساسي الآخر للحياة على الأرض. ولكن لا يوجد أكسجين تقريبًا في الغلاف الجوي لتيتان.
في العام الماضي ، اكتشفت كايتلين غريفيث ، من مختبر القمر والكواكب في جامعة كاليفورنيا ، الجليد المائي على سطح تيتان. (انظر Titan يكشف عن سطح يسيطر عليه Icy Bedrock.) عالم UA الكواكب Jonathan Lunine وآخرون يعتقدون أنه عندما تندلع البراكين على Titan ، يمكن أن يذوب بعض هذا الجليد ويتدفق عبر المناظر الطبيعية. قد تنتج تدفقات مماثلة عندما تصطدم المذنبات والكويكبات في تيتان.
والأفضل من ذلك ، أن ماء تيتان قد لا يتجمد على الفور لأنه ربما يكون مزودًا بما يكفي من الأمونيا (مضاد للتجمد) ليظل سائلًا لمدة 1000 عام تقريبًا ، كما أشار سميث ولونين في ورقة بحثية نشرت في عدد نوفمبر الماضي من "علم الأحياء الفلكي".
لذا على الرغم من أن تيتان بارد للغاية - حوالي 94 درجة كلفن (ناقص 180 درجة مئوية أو ناقص 300 درجة فهرنهايت) - قد يتدفق الماء لفترة وجيزة عبر السطح ، مما يوفر الأكسجين ووسيطًا للكيمياء ، استنتجوا.
لفهم كيف يمكن أن يعمل كل هذا معًا ، تقوم مجموعة سميث بتوليد ثولين في المختبر ، وتحليل خصائصها الطيفية ، ومحاولة فهم كيميائها.
وأوضح سميث "إننا نحاول أن نتعلم كيف تتفاعل المركبات مع الماء المنصهر على سطح تيتان ، وما هي المركبات التي ستصنعها ، وبالتالي ، ما الذي يجب أن نبحث عنه حقًا". "نحن لا نبحث فقط عن البلاستيك الجوي الموجود على السطح ، ولكن نتيجة إدخال الوقت والطاقة على مدى مليارات السنين.
"نريد أن نعرف أنواع الجزيئات التي تطورت ، وما إذا كانت قد تطورت على طول المسارات التي قد توفر رؤى حول كيفية تطور الجزيئات البيولوجية على الأرض البدائية؟ هو قال.
مارك أ. سميث ، أستاذ ورئيس قسم الكيمياء في جامعة كاليفورنيا
"بعض ما تعلمناه حتى الآن في تجاربنا هو أن هذه المواد عبارة عن خليط إجمالي من الجزيئات المعقدة بشكل لا يصدق". وأضاف سميث. أمضى كارل ساجان السنوات العشر الأخيرة من حياته في دراسة هذه المركبات في تجارب مثل تجاربنا. ما وجدناه يكمل عمله. نرى نفس التوقيعات الطيفية ".
لكن مجموعة سميث اكتشفت أيضًا أن هناك مكونًا من هذه الجزيئات شديد التفاعل ويمكن أن يتفاعل بسهولة ، في إطار زمني معقول ، على سطح تيتان لإنتاج مركبات مؤكسجة.
"وهذا ما بدأنا للتو في الكشف عنه الآن؟" قال سميث.
وأضاف: "سيصبح عملنا أكثر إثارة للاهتمام هذا الخريف ، في تجاربنا في مصدر الضوء المتقدم لمختبر لورانس بيركلي". "سنستخدم سنكروترون لإنشاء ثولين كيميائيًا ، باستخدام فوتونات نشطة للغاية لتفتيت غاز تيتان هذا عن طريق الأشعة فوق البنفسجية المفرغة.؟
يضرب الإشعاع فوق البنفسجي الفراغي جزيئات النيتروجين والميثان في الغلاف الجوي العلوي لتيتان ويفجرها. لا يعرف العلماء ما إذا كان هذا ينتج نفس أنواع البوليمرات التي تتكون من تفريغ كهربائي.
قال سميث: "عندما تستطيع تكسير جزيئات النيتروجين والميثان بالضوء ، فقد تحصل على بوليمرات مشابهة لتلك التي تكونت عندما يكسرها تفريغ كهربائي." "أو قد تحصل على بوليمرات مختلفة. الكيمياء معقدة للغاية ، ونحن لا نعرف إجابات الكثير من أبسط الأسئلة. ولكن هذا أحد الأسباب التي تجعلنا نجري التجارب في بيركلي.؟
إن العمل الجاري في مختبر سميث مهم للعلماء في مهمة كاسيني التابعة لناسا ومهمات المتابعة المحتملة إلى زحل. تم إطلاق المركبة كاسيني في عام 1997 وستطلق مسبارًا في الغلاف الجوي لتيتان في ديسمبر. سوف يطفو مسبار Huygens على سطح Titan في يناير المقبل.
طبقة الضباب البرتقالية السميكة تيتان عبارة عن مجموعة من المواد البلاستيكية العضوية. قال سميث ، رئيس قسم الكيمياء في جامعة كاليفورنيا ، بوليمرات الكربون والهيدروجين والنيتروجين. "تستقر الجسيمات في نهاية المطاف على سطح تيتان ، حيث تنتج المادة الأولية العضوية لأي كيمياء عضوية مستمرة."
سيكون مسبار كاسيني Huygens أول أداة تقوم باختبار هذا الهباء الجوي. سيعطي العلماء بعض المعلومات الكيميائية الأولية حول هذه المواد. لكن المسبار لن يخبرهم بالكثير عن الكيمياء العضوية على سطح تيتان.
ستعطي مهمة المتابعة إلى Titan التي تحتوي على مختبر الكيمياء العضوية الروبوتية العلماء نظرة أكثر تفصيلاً على السطح. تم تصميم التجربة من قبل Lunine و Smith بالتعاون مع باحثين من Caltech ومختبر الدفع النفاث التابع لناسا.
لونين يقود مجموعة التركيز التابعة لمعهد علم الأحياء الفلكي التابع لناسا على تيتان وهو واحد من ثلاثة علماء بعثة كاسيني متعدد التخصصات لمسبار Huygens.
"نحن لا نعرف حقًا كيف تشكلت الحياة على الأرض ، أو على أي كوكب شكلته"؟ قال لونين. لا توجد آثار متبقية لكيفية حدوثه على الأرض ، لأن جميع الجزيئات العضوية في الأرض قد تم معالجتها كيميائيًا حيويًا حتى الآن. تيتان هو أفضل فرصة لدينا لدراسة الكيمياء العضوية في بيئة كوكبية ظلت بلا حياة على مدى مليارات السنين.
المصدر الأصلي: UA News Release
