เครดิตรูปภาพ: ESA
มันมีองค์ประกอบอย่างน้อยสามอย่างที่จะปิดบังชีวิตที่เรารู้จักนั่นคือน้ำพลังงานและบรรยากาศ ในบรรดาดาวอังคารและดวงจันทร์รอบ ๆ ทั้งดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์มีหลักฐานว่ามีองค์ประกอบหนึ่งหรือสองอย่างจากทั้งสามองค์ประกอบนี้ แต่ก็ไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่ามีชุดสมบูรณ์หรือไม่ Titan มีเพียงดวงจันทร์ของดาวเสาร์เท่านั้นที่มีชั้นบรรยากาศเทียบเท่ากับความกดดันของโลกและมีความหนามากกว่าดาวอังคาร (1% ของความดันระดับน้ำทะเลของโลก)
จุดที่น่าสนใจที่สุดเกี่ยวกับการจำลองของหมอกควันไฮโดรคาร์บอนของไททันคือองค์ประกอบของหมอกควันนี้ประกอบด้วยโมเลกุลที่เรียกว่า ธ อลิน (จากคำภาษากรีกโคลน) ที่สามารถสร้างรากฐานของโครงสร้างชีวิต ตัวอย่างเช่นกรดอะมิโนซึ่งเป็นหนึ่งในหน่วยการสร้างของสิ่งมีชีวิตภาคพื้นดินก่อตัวเมื่อมีอนุภาคคล้ายหมอกควันสีน้ำตาลแดงวางอยู่ในน้ำ ดังที่คาร์ลเซแกนชี้ให้เห็นว่าไททันอาจถือได้ว่าเป็นแนวขนานกว้างกับชั้นบรรยากาศโลกยุคแรกด้วยความเคารพต่อคุณสมบัติทางเคมีและด้วยวิธีนี้มันมีความเกี่ยวข้องกับต้นกำเนิดของชีวิตอย่างแน่นอน
ฤดูร้อนนี้ยานอวกาศแคสสินีของนาซ่าซึ่งเปิดตัวในปี 1997 มีกำหนดจะขึ้นสู่วงโคจรรอบดาวเสาร์และดวงจันทร์เป็นเวลาสี่ปี ในต้นปีพ. ศ. 2548 การสำรวจหัวหมู Huygens ถูกกำหนดให้กระโดดลงสู่ชั้นบรรยากาศไททันหมอกและลงสู่พื้นผิวของดวงจันทร์ มีเครื่องมือ 12 ชิ้นบนยานอวกาศยานแคสสินีและ 6 เครื่องมือบน Huygens Probe โพรบ Huygens มุ่งเน้นไปที่การเก็บตัวอย่างบรรยากาศเป็นหลัก โพรบได้รับการติดตั้งเพื่อทำการวัดและบันทึกภาพได้นานถึงครึ่งชั่วโมงบนพื้นผิว แต่หัววัดไม่มีขาดังนั้นเมื่อวางลงบนพื้นผิวของไททันการวางแนวของมันจะเป็นแบบสุ่ม และการเชื่อมโยงไปถึงอาจไม่ได้เกิดจากสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในไซต์ รูปภาพของตำแหน่งที่ Cassini อยู่ในวงโคจรปัจจุบันได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องและพร้อมให้ดูเมื่อภารกิจดำเนินไป
นิตยสาร Astroiology มีโอกาสพูดคุยกับนักวิทยาศาสตร์วิจัยฌองมิเชลเบอร์นาร์ดแห่งมหาวิทยาลัยปารีสเกี่ยวกับวิธีจำลองเคมีที่ซับซ้อนของไททันในหลอดทดลองภาคพื้นดิน การจำลองสภาพแวดล้อมของไททันสร้างขึ้นบนซุปพรีไบโอติกคลาสสิกซึ่งบุกเบิกเมื่อห้าสิบปีก่อนโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยชิคาโก Harold Urey และ Stanley Miller
นิตยสาร Astrology (AM): สิ่งแรกที่กระตุ้นความสนใจของคุณในวิชาเคมีของไททัน
Jean-Michel Bernard (JB): สองโมเลกุลง่าย ๆ (ไนโตรเจนและมีเธน) สร้างเคมีที่ซับซ้อนมากได้อย่างไร เคมีกลายเป็นชีวเคมีหรือไม่? การค้นพบล่าสุดของสิ่งมีชีวิตในสภาวะสุดขั้วบนโลก (แบคทีเรียในขั้วโลกใต้ที่อุณหภูมิ -40 องศาเซลเซียสและอาร์เคียที่มากกว่า 110 องศาเซลเซียสในบริเวณใกล้เคียงกับแหล่งความร้อน) อนุญาตให้สมมติว่าสิ่งมีชีวิตบนโลกอื่น ๆ เงื่อนไข
ไททันมีความสนใจทางโหราศาสตร์เพราะเป็นดาวเทียมดวงเดียวในระบบสุริยะที่มีชั้นบรรยากาศหนาแน่น ชั้นบรรยากาศของไททันทำจากไนโตรเจนและมีเธน อนุภาคพลังงานที่มาจากสิ่งแวดล้อมของดวงอาทิตย์และดาวเสาร์ช่วยให้เคมีที่ซับซ้อนเช่นการก่อตัวของไฮโดรคาร์บอนและไนไตรล์ อนุภาคเหล่านี้ยังก่อให้เกิดหมอกควันถาวรรอบ ๆ ดาวเทียมฝนมีเทนลมฤดูกาลเมื่อเร็ว ๆ นี้ดูเหมือนว่าจะตรวจพบทะเลสาบของไฮโดรคาร์บอนบนพื้นผิวของไททัน ฉันคิดว่าการค้นพบนี้หากได้รับการยืนยันโดยภารกิจของ Cassini-Huygens จะเป็นที่สนใจอย่างมาก
มันจะทำให้ไททันเป็นแบบอะนาล็อกกับโลกเนื่องจากมันจะมีชั้นบรรยากาศ (ก๊าซ) ทะเลสาบ (ของเหลว) หมอกควันและดิน (ของแข็ง) ทั้งสามสภาพแวดล้อมที่จำเป็นสำหรับการปรากฏตัวของสิ่งมีชีวิต
องค์ประกอบของหมอกควันของไททันไม่เป็นที่รู้จัก มีเพียงข้อมูลออปติคัลและวิเคราะห์ได้ยากเนื่องจากความซับซ้อนของวัสดุคาร์บอน มีการทดลองหลายครั้งเพื่อเลียนแบบเคมีของชั้นบรรยากาศของไททันโดยเฉพาะอย่างยิ่งแอนะล็อกที่เรียกว่า“ tholins” โดยกลุ่มของ Carl Sagan ดูเหมือนว่า tholins สามารถมีส่วนร่วมในการกำเนิดของชีวิต อันที่จริงแล้วการไฮโดรไลซิสของอะนาล็อกของไททันเหล่านี้ก่อให้เกิดการก่อตัวของกรดอะมิโนซึ่งเป็นบรรพบุรุษของชีวิต
AM: คุณสามารถอธิบายการจำลองการทดลองของคุณเพื่อขยายการทดลองของ Miller-Urey ในแบบที่ปรับแต่งสำหรับอุณหภูมิต่ำและเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ของ Titan ได้หรือไม่?
JB: ตั้งแต่การทดลองมิลเลอร์ - อูรย์การทดลองแบบจำลองจำนวนมากเกี่ยวกับระบบ prebiotic ได้ถูกนำมาใช้ แต่หลังจากการค้นคืนข้อมูลของวอยเอเจอร์มันก็จำเป็นที่จะต้องกลับมาที่วิธีนี้เพื่อจำลองบรรยากาศของไททัน จากนั้นนักวิทยาศาสตร์หลายคนทำการทดลองจำลองโดยการแนะนำส่วนผสมของไนโตรเจน - มีเธนในระบบเช่นอุปกรณ์ของมิลเลอร์ แต่ปัญหาก็ชัดเจนเนื่องจากความแตกต่างระหว่างเงื่อนไขการทดลองและเงื่อนไขของไททัน ความดันและอุณหภูมิไม่ได้เป็นตัวแทนของสภาพแวดล้อมของไททัน จากนั้นเราตัดสินใจทำการทดลองที่สร้างความดันและอุณหภูมิของสตราโตสเฟียร์ของไททัน: ส่วนผสมของก๊าซมีเทน 2% ในไนโตรเจนความดันต่ำ (ประมาณ 1 mbar) และระบบแช่แข็งเพื่อให้มีอุณหภูมิต่ำ นอกจากนี้ระบบของเราจะถูกวางไว้ในกล่องถุงมือที่มีไนโตรเจนบริสุทธิ์เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนจากอากาศโดยรอบของผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็ง
AM: คุณคิดว่าแหล่งพลังงานที่ดีที่สุดในการกระตุ้นเคมีสังเคราะห์ของไททันคือสนามแม่เหล็กของอนุภาคของดาวเสาร์รังสีดวงอาทิตย์หรืออย่างอื่น
JB: นักวิทยาศาสตร์ถกเถียงกันว่าแหล่งพลังงานใดที่จะจำลองแหล่งพลังงานในบรรยากาศของไททันได้ดีที่สุด รังสีอัลตราไวโอเลต (UV)? รังสีคอสมิก? อิเล็กตรอนและอนุภาคพลังอื่น ๆ ที่มาจากสนามแม่เหล็กของดาวเสาร์ แหล่งที่มาทั้งหมดนี้มีส่วนเกี่ยวข้อง แต่สิ่งที่เกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับระดับความสูง: รังสีอัลตราไวโอเลตและอิเล็กตรอนในบรรยากาศรอบนอก, แสง UV ในสตราโตสเฟียร์ในขณะที่รังสีคอสมิคเกิดขึ้นในโทรโพสเฟียร์
ฉันคิดว่าคำถามที่เหมาะสมควรเป็น: เป้าหมายการทดลองคืออะไร ถ้ามันคือการเข้าใจเคมีไฮโดรเจนไซยาไนด์ (HCN) ในสตราโตสเฟียร์ของไททันการจำลองด้วยรังสี UV ของ HCN นั้นเหมาะสม หากเป้าหมายคือเพื่อตรวจสอบผลกระทบของสนามไฟฟ้าที่เกิดจากรังสีคอสมิคกาแลกติกในโทรโพสเฟียร์การปล่อยโคโรนาของไททันจำลองบรรยากาศจะดีกว่า
ในการศึกษาเงื่อนไขทางสตราโตสเฟียร์ของไททันเราเลือกใช้การคายประจุไฟฟ้าในการจำลอง ตัวเลือกนี้ถูกโต้แย้งโดยนักวิทยาศาสตร์ส่วนน้อยเนื่องจากแหล่งพลังงานหลักในสตราโตสเฟียร์ของไททันคือรังสียูวี แต่ผลลัพธ์ของเราตรวจสอบการทดสอบของเรา เราตรวจพบสปีชีส์อินทรีย์ทั้งหมดที่พบบนไททัน เราทำนายการมีอยู่ของ CH3CN (acetonitrile) ก่อนการสังเกต เราตรวจพบ dicyanoacetylene เป็นครั้งแรก C4N2 ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ไม่เสถียรที่อุณหภูมิห้องซึ่งตรวจพบในชั้นบรรยากาศของไททันด้วย ลายเซ็นกลางอินฟราเรดของผลิตภัณฑ์แข็งที่สร้างขึ้นในการทดสอบของเรานั้นสอดคล้องกับการสังเกตการณ์ของไททัน
AM: ผลลัพธ์ของคุณเป็นส่วนหนึ่งของการทดสอบบรรยากาศที่วางแผนไว้สำหรับโพรบ Cassini-Huygens อย่างไร
JB: หลังจากร่วมมือกับทีมจาก Observatoire Astronomique de Bordeaux ในประเทศฝรั่งเศสเราได้พิจารณาค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของอะนาล็อกละอองลอย สิ่งนี้จะช่วยให้เราประเมินว่าบรรยากาศและพื้นผิวของไททันมีผลต่อประสิทธิภาพของการทดลองเรดาร์ Cassini-Huygens อย่างไร เครื่องวัดความสูงบนเครื่องโพรบ Huygens อาจได้รับผลกระทบจากคุณสมบัติละออง แต่ต้องทำการทดลองเสริมเพื่อยืนยันผลลัพธ์นี้
สองปีที่ผ่านมาเราแนะนำส่วนผสมของก๊าซ N2 / CH4 / CO (98 / 1.99 / 0.01) เป้าหมายคือเพื่อตรวจสอบผลกระทบของคาร์บอนมอนอกไซด์ซึ่งเป็นสารประกอบออกซิเจนที่มีมากที่สุดบนไททัน น่าแปลกที่เราตรวจพบ oxirane ในสถานะก๊าซเป็นผลิตภัณฑ์ออกซิเจนที่สำคัญ โมเลกุลที่ไม่เสถียรนี้ถูกค้นพบในสื่อระหว่างดวงดาว แต่แบบจำลองเชิงทฤษฎีไม่ได้ทำนายไว้สำหรับเคมีของไททัน ทว่าโมเลกุลนี้มีอยู่ที่ไททัน
ขณะนี้เรากำลังวิเคราะห์โมเลกุลแรกอนุมูลอะตอมและไอออน (หรือ 'สปีชีส์') ที่สร้างขึ้นภายในเครื่องปฏิกรณ์ทดลองของเรา เราใช้สเปคตรัมอินฟราเรดและการแผ่รังสีที่มองเห็นได้จากรังสี UV เพื่อศึกษาสายพันธุ์ที่น่าตื่นเต้นเช่น CN, CH, NH, C2, HCN, C2H2 ต่อไปเราจะสังเกตความสัมพันธ์ระหว่างความอุดมสมบูรณ์ของสายพันธุ์เหล่านี้กับโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็ง เมื่อรวมผลลัพธ์การทดลองเหล่านี้กับแบบจำลองเชิงทฤษฎีที่พัฒนาขึ้นโดยความร่วมมือกับมหาวิทยาลัยปอร์โตในโปรตุเกสเราจะมีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับเคมีที่เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ทดลอง สิ่งนี้จะช่วยให้เราวิเคราะห์ข้อมูล Cassini-Huygens และการก่อตัวของหมอกควันของไททัน
ทีมของเรามีส่วนร่วมในระดับวิทยาศาสตร์ภารกิจเช่นเดียวกับหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ของภารกิจยังอยู่ในกลุ่มของเราที่ Laboratoire Inter-Universitaire des Syst? mes Atmosph? riques, LISA) ธ อลินในห้องปฏิบัติการของเราจะถูกใช้เป็นแนวทางในการสอบเทียบเครื่องมือหลายอย่างในโพรบ Huygens และยานอวกาศ Cassini
มีเครื่องมือ 18 ชนิดบนยานสำรวจและยานอวกาศ การทดสอบการสอบเทียบเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับแก๊สโครมาโตกราฟฟีและสเปกโตรสโคปีสโคป [GC-MS] GC-MS จะระบุและวัดสารเคมีในชั้นบรรยากาศของไททัน
การทดสอบการสอบเทียบยังจำเป็นสำหรับ Aerosol Collector และ Pyrolyser (ACP) การทดลองนี้จะดึงอนุภาคสเปรย์จากชั้นบรรยากาศผ่านตัวกรองจากนั้นให้ความร้อนแก่ตัวอย่างที่ติดอยู่ในเตาอบเพื่อระเหยไอระเหยและสลายสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน
Composite Infrared Spectrometer (CIRS) ซึ่งเป็นเครื่องมือวัดความร้อนบนยานอวกาศนั้นจำเป็นต้องทำการสอบเทียบ เมื่อเทียบกับภารกิจในห้วงอวกาศก่อนหน้านี้สเปกโตรมิเตอร์บนเครื่องบิน Cassini-Huygens เป็นการปรับปรุงที่สำคัญโดยมีความละเอียดสเปกตรัมสูงกว่าสเปคโตรมิเตอร์ยานอวกาศของวอยเอเจอร์ถึงสิบเท่า
AM: คุณมีแผนการในอนาคตสำหรับการวิจัยนี้หรือไม่?
JB: ขั้นตอนต่อไปของเราคือการทดลองที่พัฒนาโดย Marie-Claire Gazeau หรือที่เรียกว่า“ SETUP” การทดลองมีสองส่วนคือพลาสมาเย็นเพื่อแยกไนโตรเจนออกจากกันและเครื่องปฏิกรณ์เคมีแบบโฟโตเคมีเพื่อโฟโตทิสโซเนตมีเธน สิ่งนี้จะทำให้เรามีแบบจำลองระดับโลกที่ดีขึ้นเกี่ยวกับเงื่อนไขของไททัน
แหล่งที่มาดั้งเดิม: นิตยสารนาซาชีววิทยา
