Atmosfera Titan Mempunyai Semua Ramuan Untuk Kehidupan. Tetapi Bukan Kehidupan seperti yang Kita Tahu
Menggunakan Atacama Susunan Milimeter/submilimeter Besar (ALMA), sekumpulan saintis telah mengenal pasti molekul misteri dalam atmosfera Titan. Ia dipanggil siklopropenilidena (C3H2), sebatian berasaskan karbon ringkas yang tidak pernah dilihat dalam atmosfera sebelum ini. Menurut kajian pasukan yang diterbitkan dalam Jurnal Astronomi , molekul ini boleh menjadi pelopor kepada sebatian yang lebih kompleks yang boleh menunjukkan kemungkinan kehidupan di Titan.
Begitu juga, Dr Catherine Neish daripada Universiti Ontario Barat Institut Penerokaan Bumi dan Angkasa Lepas (Western Space) dan rakan-rakannya di Agensi Angkasa Eropah (ESA) mendapati bahawa Titan mempunyai bahan kimia lain yang boleh menjadi bahan untuk bentuk kehidupan eksotik . Dalam kajian mereka, yang muncul dalam Astronomi & Astrofizik ,mereka membentangkan data misi Cassini yang mendedahkan komposisi kawah hentaman di permukaan Titan.
Pasukan antarabangsa yang bertanggungjawab untuk penemuan cyclopropenylidene terdiri daripada penyelidik dari NASA Bahagian Penerokaan Sistem Suria (SSED), Persatuan Penyelidikan Angkasa Universiti (USRA), Institut Astronomi dan Astrofizik di Taipei, dan pelbagai universiti. Mereka dipimpin oleh Conor Nixon dan Dr Alexander Thelen , seorang saintis planet dan felo pasca doktoral di Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA (masing-masing).
Imej warna sebenar Titan ini, yang diambil oleh kapal angkasa Cassini, menunjukkan suasana bulan yang tebal dan berjerebu. Kredit: NASA
Pasukan itu menggunakan balai cerap ALMA untuk mengkaji Titan pada tahun 2016. Semasa menapis tandatangan cahaya yang dikumpulkan ALMA, mereka melihat spektrum yang menunjukkan cap jari kimia pelik. Selepas mencari melalui pangkalan data semua tandatangan cahaya molekul yang diketahui, Nixon mengenal pasti ia sebagai cyclopropenylidene (C3H2). Kata Nixon dalam NASA kenyataan akhbar :
'Apabila saya menyedari saya melihat cyclopropenylidene, pemikiran pertama saya ialah, 'Nah, ini benar-benar tidak dijangka. Titan adalah unik dalam sistem suria kita. Ia telah terbukti menjadi khazanah molekul baharu.”
Pada masa lalu, saintis telah mengesan C3H2dalam pelbagai poket di seluruh galaksi, tetapi hanya dalam awan gas dan debu dalam medium antara bintang (ISM). Di kawasan ini, keadaan terlalu sejuk dan meresap untuk memudahkan tindak balas kimia. Dalam mana-mana persekitaran lain, siklopropenilidena mudah bertindak balas dengan molekul lain untuk membentuk sebatian kimia yang berbeza.
Walau bagaimanapun, Nixon dan rakan-rakannya dapat mengesan sejumlah kecil cyclopropenylidene di sekeliling Titan kerana mereka sedang memeriksa lapisan atas atmosfera bulan, di mana terdapat lebih sedikit gas lain untuk C.3H2untuk berinteraksi dengan. Mengapa ini mungkin berlaku untuk bulan terbesar Zuhal dan tiada badan lain dalam Sistem Suria masih menjadi misteri. Tetapi apa yang digambarkannya mungkin lebih penting.
Sehingga kini, penemuan cyclopropenylidene hanya terhad kepada poket gas dan habuk di ruang antara bintang. Kredit: Conor Nixon/Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA
Walaupun C3H2 tidak dikaitkan dengan tindak balas biologi moden di Bumi, ia adalah contoh yang dikenali sebagai 'molekul gelung tertutup', yang penting kerana ia membentuk cincin tulang belakang untuk nukleobes DNA dan RNA - dua sebatian. itu adalah blok pembinaan kehidupan seperti yang kita ketahui.
Michael Malaska , yang pernah bekerja dalam industri farmaseutikal, memutuskan untuk menukar pekerja dan menjadi saintis planet JPL supaya dia boleh mengkaji objek seperti Titan. Seperti yang dijelaskannya, mencari molekul seperti C3H2adalah penting untuk mewujudkan melihat gambaran besar Titan:
'Ia adalah molekul kecil yang sangat pelik, jadi ia tidak akan menjadi jenis yang anda pelajari dalam kimia sekolah menengah atau kimia sarjana muda. Di Bumi ini, ia bukan sesuatu yang akan anda temui... Setiap bahagian dan bahagian kecil yang anda temui boleh membantu anda menyusun teka-teki besar tentang semua perkara yang berlaku di sana.'
Satu lagi molekul gelung tertutup yang telah dikesan dalam atmosfera Titan ialah benzena (C6H6). Sehingga kini, benzena dianggap sebagai unit terkecil molekul hidrokarbon bercincin yang boleh wujud dalam atmosfera - tetapi status itu jelas beralih kepada siklopropenilidena. Lebih-lebih lagi, sifat kitaran kedua-dua molekul membentangkan penyelidik dengan cabang kimia tambahan yang mungkin membolehkan pembentukan DNA dan RNA.
Walau apa pun, peranan yang dimainkan oleh sebatian ini pasti akan menjadi sesuatu yang akan datang pepatungmisi boleh menyiasat. Misi ini dijadualkan untuk dilancarkan pada 2027, dan terdiri daripada drone pendarat rotorcraft yang akan menerokai atmosfera dan permukaan Titan untuk mengetahui lebih lanjut tentang persekitaran prebiotik yang kaya dan kimia organik. Antara lain, misi ini ditugaskan untuk menjawab sama ada Titan sebenarnya boleh menyokong kehidupan di permukaannya dan di dalam tasik metananya.
Ini telah menjadi titik spekulasi dan rasa ingin tahu selama beberapa dekad, sejak itu Melancong 1 dan 2 probe angkasa terbang melalui sistem Zuhal pada tahun 1980 dan 1981, masing-masing. Apabila Cassini-Huygens misi tiba di sekitar Zuhal pada tahun 2004, perkara yang diperhatikan hanya menarik minat saintis. Apa yang ditemui oleh misi ini ialah walaupun sangat sejuk, Titan jelas seperti Bumi dalam beberapa cara.
Sebagai permulaan, ia mempunyai suasana padat (empat kali ganda lebih padat daripada Bumi) yang kebanyakannya terdiri daripada nitrogen. Tiada planet atau bulan lain dalam Sistem Suria boleh membuat tuntutan itu! Selain itu, ia mempunyai kitaran metana yang hampir sama dengan kitaran air Bumi, lengkap dengan tasik dan sungai di permukaan, penyejatan, awan dan kerpasan. Malah terdapat bukti bahawa ia mungkin mempunyai lautan bawah permukaan air masin.
Tetapi yang paling menarik ialah proses organik di tempat kerja, di mana metana dan hidrokarbon lain dalam atmosfera Titan berinteraksi dengan sinaran suria, terurai, dan melepaskan rangkaian kimia organik yang boleh mengakibatkan keadaan permukaan prebiotik. Inilah yang telah mendorong Titan ke bahagian atas senarai destinasi berpotensi untuk misi NASA yang mencari kehidupan masa lalu dan sekarang dalam Sistem Suria.
Konsep tasik artis di kutub utara bulan Saturnus Titan menggambarkan rim terangkat dan ciri seperti benteng seperti yang dilihat oleh kapal angkasa Cassini NASA di sekitar Winnipeg Lacus bulan. Kredit: NASA/JPL-Caltech
Sebagai Rosaly Lopes , seorang saintis penyelidikan kanan dan pakar Titan di Makmal Propulsion Jet (JPL) NASA, diringkaskan :
'Kami cuba untuk mengetahui sama ada Titan boleh didiami. Jadi kami ingin tahu apakah sebatian dari atmosfera yang sampai ke permukaan, dan kemudian, sama ada bahan itu boleh melalui kerak ais ke lautan di bawah, kerana kami fikir lautan adalah tempat keadaan yang boleh didiami.'
Satu lagi perkara yang menarik, yang menjadikan Titan sebagai sasaran yang menarik untuk penyelidikan, adalah kemungkinan molekul yang boleh berada di permukaan Titan mungkin sama dengan molekul yang membentuk blok binaan kehidupan di Bumi. Kira-kira 3.8 bilion hingga 2.5 bilion tahun yang lalu (semasa Achean Eon), Bumi adalah tempat yang jauh berbeza, di mana atmosfera kebanyakannya terdiri daripada nitrogen, CO.2, metana dan wap air.
Pada asasnya, keadaan di Bumi dalam tempoh ini dipercayai serupa dengan keadaan di Titan hari ini. Jurulatih Melissa , ahli astrobiologi NASA Goddard, ialah timbalan penyiasat utama misi Dragonfly dan penyiasat utama sebuah instrumen utama ia akan digunakan untuk menganalisis komposisi permukaan Titan. Seperti dia ditunjukkan :
'Kami menganggap Titan sebagai makmal kehidupan sebenar di mana kita boleh melihat kimia yang serupa dengan Bumi purba apabila kehidupan berlaku di sini. Kami akan mencari molekul yang lebih besar daripada C3H2, tetapi kita perlu tahu apa yang berlaku di atmosfera untuk memahami tindak balas kimia yang menyebabkan molekul organik kompleks terbentuk dan hujan turun ke permukaan.'
Kesan artis tentang misi Dragonfly di permukaan Titan. Kredit: JHUAPL
Dalam nada yang sama, penolong profesor Catherine Neish dan rakan-rakannya di ESA juga menemui sesuatu yang sangat menarik apabila mengkaji permukaan Titan. Lazimnya, proses atmosfera menanam ais permukaan Titan di bawah lapisan bahan organik yang tebal, terutamanya di sekitar khatulistiwa kering bulan. Bahan ini berkelakuan sama seperti pasir dan mengarah ke ribut debu dan latihan apabila angin kencang berlaku.
Nasib baik, terdapat tempat di mana ais permukaan boleh mengintip dan saintis boleh mengkajinya dan mengetahui lebih lanjut tentang komposisinya. Latitud yang lebih tinggi di Titan, sebagai contoh, tertakluk kepada lebih banyak kerpasan, yang membawa kepada aliran permukaan yang menghakis pasir. Selain itu, terdapat kawah hentaman yang dicipta oleh objek yang mengenai permukaan, yang mendedahkan ais yang agak segar dalam kerak Titan. Seperti yang dijelaskan oleh Neish:
“Ia liar. Tiada tempat lain seperti Titan dalam sistem suria. Terdapat lebih banyak pasir di Titan setiap kawasan berbanding tempat lain. Dan Titan mempunyai cuaca. Ia tidak berbeza dengan Bumi dengan cara itu. Cuma bahan-bahannya semua salah. Ia mempunyai hujan metana dan aliran yang memusnahkan permukaan dan pasir organik bertiup ke sekeliling. Ia masih sangat aktif seperti di Bumi.'
Malangnya, sukar untuk melihat permukaan dengan baik kerana suasana Titan yang padat. Tetapi setelah meneliti data yang diperolehi olehCassini's Spektrometer Pemetaan Kelihatan dan Inframerah (VIMS), Neish dan rakan-rakannya dapat melihat dengan jelas tiga kawah hentaman di kawasan khatulistiwa Titan dan kawasan latitud pertengahannya.
Konsep artis tentang ribut debu di Titan. Kredit: IPGP/Labex UnivEarthS/University Paris Diderot – C. Epitalon & S. Rodriguez
Apa yang mereka temui ialah kawah khatulistiwa Selk, Ksa, Guabonito, dan kawah di Santorini Facula kelihatan semata-mata terdiri daripada bahan organik gelap. Kawah latitud pertengahan Afekan, Soi, Forseti, Menrva, dan Sinlap didapati diperkaya dengan air ais dan bahan organik. Mereka juga dapat menentukan bahawa tiada satu pun daripada ais yang mereka perhatikan adalah ammonia (NH3) atau CO beku2(aka. 'ais kering').
Ini konsisten dengan model Titan yang menunjukkannya sebagai persekitaran yang dinamik dengan proses aktif membentuk permukaannya. Gabungan air dan organik juga boleh bermakna terdapat ekosistem purba beku di bahagian bawah kawah hentaman. Sebagai sebahagian daripada pasukan sains dan kejuruteraan menyelia misi ini, penemuan Neish di sini boleh memaklumkan perkara yang akan datangpepatungmisi dan di mana ia harus mencari kemungkinan bukti kehidupan.
Ia juga menggambarkan bagaimana pencarian kemungkinan kehidupan di luar Bumi perlahan-lahan beralih ke luar Marikh untuk memasukkan lokasi dalam Sistem Suria luar. Kata Neish:
'Saya fikir semakin banyak, kita melihat kesetaraan palsu antara kehidupan dan Marikh. Penemuan terbaru tentang Zuhrah dan semua perkara baharu yang kami pelajari tentangnya setelah menjadi dunia lautan adalah satu lagi penukar permainan. Akhirnya, orang berkata, dalam pencarian kehidupan di alam semesta, kita benar-benar perlu memberi tumpuan kepada lebih banyak tempat, dan bukan hanya Marikh. Dan itu termasuk NASA menghantar misi Dragonfly ke Titan.'
Beberapa dekad akan datang menjanjikan masa yang sangat menarik untuk penerokaan angkasa lepas (dan peminatnya!). Selain kembali ke Bulan, mewujudkan kehadiran yang berterusan di sana, dan menghantar misi kru pertama ke Marikh, kami juga akan menghantar penjelajah robot kami untuk menyiasat Europa, Ganymede dan Titan dengan harapan mencari kehidupan di sana.
Dengan berbuat demikian, kita akhirnya akan dapat menjelaskan bagaimana kehidupan bermula dalam Sistem Suria kita, dan mungkin bagaimana dan di mana ia boleh wujud di seluruh Alam Semesta!