Titan verkar vara mer lik jorden hela tiden, och en ny förståelse av Titans disiga atmosfär kan ge ledtrådar till utvecklingen av jordens tidiga atmosfäriska miljö och utvecklingen av livet på vår hemmaplanet. Forskare har upptäckt en serie kemiska reaktioner på Saturnus största måne som kan skydda månens yta från ultraviolett strålning, liknande hur jordens ozonskikt fungerar. Reaktionerna kan också vara ansvariga för att bilda de stora organiska molekylerna som komponerar månens tjocka och disiga orange atmosfär.
Forskare har länge förstått att högt i Titans atmosfär bryter solljus metan till kol och väte. Dessa element reagerar med kväve och andra ingredienser för att bilda en tjock dis av komplexa kolväten som fullständigt omhyllar månen.
Men nyligen har polyynernas roll i den kemiska utvecklingen av Titans atmosfär kraftfullt undersökts och diskuterats. Polyyner är en grupp organiska föreningar med alternerande enkel- och trippelbindningar, såsom diacetylen (HCCCCH) och triacetylen (HCCCCCCH). Dessa polyyner tros fungera som en UV-strålningssköld i planetära miljöer och kan fungera som prebiotiskt ozon. Detta skulle vara viktigt för alla liv som försöker bilda på Titan.
"Även om du bildar biologiskt viktiga molekyler (via andra reaktioner) och det inte finns något ozon eller ozonliknande lager, kommer dessa molekyler inte alltid att överleva den hårda strålningsmiljön," sade Ralf Kaiser, ledande forskare i studien.
De underliggande kemiska processerna som initierar bildningen och kontrollerar tillväxten av polyiner har emellertid inte förståts.
Kaiser och hans kollegor studerade bildningen av triacetylen och större organiska molekyler i labbet och i datasimuleringar. De fann att triacetylen kan bildas genom kollisioner mellan två små molekyler i en reaktion som lätt kan initieras under de kalla förhållandena som finns i Titans atmosfär.
Författarna föreslår att triacetylen, en organisk molekyl som kan fungera som en sköld för ultraviolett strålning, kan tjäna som byggstenen för att skapa komplexa molekyler i Titans atmosfär.
"Föreliggande experiment genomförs endast med molekyler som innehåller kol- och väteatomer," sa Kaiser till Space Magazine. "För att undersöka bildningen av astrobiologiskt viktiga molekyler på Titan måste vi också" lägga till "syre och kväve." Kaiser sa att de planerar att göra den typen av experiment senare i år.
Teamet sa att de hoppas att deras kombinerade experimentella, teoretiska och modelleringsstudier kommer att fungera som en mall och utlösa välbehövlig, successiv undersökning av den omgivande Titans kemi så att en mer fullständig bild av de processer som är involverade i kemisk bearbetning av månens atmosfär kommer att dyka upp.
Huvudbildtexter: Avgörande byggstenar i de organiska disskikten i Titan och eventuellt av den tidiga jorden kommer från kemiska reaktioner. Bildkrediter med tillstånd av NASA-JPL, Dr. Xibin Gu och Reaction Dynamics Group, University of Hawaii
Källa: PNAS
