Dari Universitas Arizona
Bukti eksperimental pertama yang menunjukkan bagaimana nitrogen atmosfer dapat dimasukkan ke dalam makromolekul organik sedang dilaporkan oleh tim University of Arizona. Temuan ini menunjukkan molekul organik apa yang mungkin ditemukan di Titan, bulan Saturnus yang menurut para ilmuwan adalah model untuk kimia Bumi pra-kehidupan.
Bumi dan Titan adalah satu-satunya benda berukuran planet yang diketahui memiliki atmosfer nitrogen yang dominan dan tebal, kata Hiroshi Imanaka, yang melakukan penelitian itu sementara menjadi anggota departemen kimia dan biokimia UA.
Bagaimana molekul organik kompleks menjadi nitrogen dalam pengaturan seperti Bumi awal atau atmosfer Titan adalah misteri besar, kata Imanaka.
"Titan sangat menarik karena atmosfernya yang didominasi nitrogen dan kimia organik mungkin memberi kita petunjuk tentang asal usul kehidupan di Bumi kita," kata Imanaka, yang sekarang menjadi asisten ilmuwan penelitian di Lunar and Planetary Laboratory UA. "Nitrogen adalah elemen penting dari kehidupan."
Namun, bukan sembarang nitrogen yang bisa digunakan. Gas nitrogen harus dikonversi menjadi bentuk nitrogen yang lebih aktif secara kimia yang dapat mendorong reaksi yang membentuk dasar sistem biologis.
Imanaka dan Mark Smith mengubah campuran gas nitrogen-metana yang mirip dengan atmosfer Titan menjadi kumpulan molekul organik yang mengandung nitrogen dengan menyinari gas dengan sinar UV berenergi tinggi. Pengaturan laboratorium dirancang untuk meniru bagaimana radiasi matahari mempengaruhi atmosfer Titan.
Sebagian besar nitrogen pindah langsung ke senyawa padat, bukan yang berbentuk gas, kata Smith, seorang profesor UA dan kepala kimia dan biokimia. Model sebelumnya memperkirakan nitrogen akan bergerak dari senyawa gas ke senyawa padat dalam proses bertahap yang lebih panjang.
Titan terlihat berwarna oranye karena kabut molekul organik menyelimuti planet ini. Partikel-partikel dalam kabut asap pada akhirnya akan mengendap ke permukaan dan dapat terpapar pada kondisi yang dapat menciptakan kehidupan, kata Imanaka, yang juga seorang peneliti utama di SETI Institute di Mountain View, California.
Namun, para ilmuwan tidak tahu apakah partikel kabut Titan mengandung nitrogen. Jika beberapa partikel adalah molekul organik yang mengandung nitrogen yang sama dengan yang dibuat oleh tim UA di laboratorium, kondisi yang kondusif bagi kehidupan lebih mungkin, kata Smith.
Pengamatan laboratorium seperti ini menunjukkan apa yang harus dicari oleh misi luar angkasa berikutnya dan instrumen apa yang harus dikembangkan untuk membantu dalam pencarian, kata Smith.
Makalah Imanaka dan Smith, "Pembentukan aerosol organik yang mengandung nitrogen di atmosfer bagian atas Titan," dijadwalkan untuk diterbitkan dalam edisi Early Online dari Prosiding National Academy of Sciences pada minggu 28 Juni. NASA menyediakan dana untuk penelitian.
Para peneliti UA ingin mensimulasikan kondisi di atmosfer bagian atas Titan yang tipis karena hasil dari Cassini Mission menunjukkan radiasi "UV ekstrim" yang mengenai atmosfer menciptakan molekul organik kompleks.
Oleh karena itu, Imanaka dan Smith menggunakan Sumber Cahaya Tingkat Lanjut di synchroton Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley di Berkeley, California untuk menembakkan sinar UV berenergi tinggi ke dalam silinder stainless steel yang berisi gas nitrogen dan metana yang dipegang dengan tekanan sangat rendah.
Para peneliti menggunakan spektrometer massa untuk menganalisis bahan kimia yang dihasilkan dari radiasi.
Meskipun terdengar sederhana, mengatur peralatan eksperimental itu rumit. Lampu UV itu sendiri harus melewati serangkaian ruang vakum dalam perjalanan ke kamar gas.
Banyak peneliti ingin menggunakan Sumber Cahaya Tingkat Lanjut, sehingga persaingan waktu pada instrumen sangat ketat. Imanaka dan Smith dialokasikan satu atau dua slot waktu per tahun, masing-masing selama delapan jam sehari hanya lima hingga 10 hari.
Untuk setiap slot waktu, Imanaka dan Smith harus mengemas semua peralatan eksperimental menjadi sebuah van, pergi ke Berkeley, menyiapkan peralatan yang rumit dan meluncurkan serangkaian eksperimen yang intens. Mereka kadang-kadang bekerja lebih dari 48 jam berturut-turut untuk mendapatkan hasil maksimal dari waktu mereka di Advanced Light Source. Menyelesaikan semua percobaan yang diperlukan membutuhkan waktu bertahun-tahun.
Itu menegangkan, Imanaka berkata, "Jika kita kehilangan satu sekrup, itu akan mengacaukan waktu sinar kita."
Pada awalnya, ia hanya menganalisis gas dari silinder. Tetapi dia tidak mendeteksi adanya senyawa organik yang mengandung nitrogen.
Imanaka dan Smith berpikir ada sesuatu yang salah dalam pengaturan eksperimental, sehingga mereka mengubah sistem. Tapi tetap saja tidak ada nitrogen.
"Itu cukup misteri," kata Imanaka, penulis pertama makalah itu. "Di mana nitrogen pergi?"
Akhirnya, kedua peneliti mengumpulkan potongan-potongan coklat gunk yang berkumpul di dinding silinder dan menganalisanya dengan apa yang disebut Imanaka “teknik spektrometer massa paling canggih.”
Imanaka berkata, "Lalu aku akhirnya menemukan nitrogen!"
Imanaka dan Smith menduga bahwa senyawa tersebut terbentuk di atmosfer atas Titan dan akhirnya jatuh ke permukaan Titan. Begitu muncul, mereka berkontribusi pada lingkungan yang kondusif bagi evolusi kehidupan.
