Kredit gambar: ESA
Setidaknya diperlukan tiga elemen untuk melindungi kehidupan seperti yang kita kenal: air, energi, dan atmosfer. Di antara Mars dan bulan-bulan di sekitar Yupiter dan Saturnus, ada bukti satu atau dua dari ketiga unsur ini, tetapi sedikit yang diketahui jika satu set lengkap tersedia. Hanya bulan Saturnus, Titan, yang memiliki atmosfer yang sebanding dengan tekanan Bumi, dan jauh lebih tebal daripada bulan Mars (1% dari tekanan permukaan laut Bumi).
Poin paling menarik tentang simulasi kabut hidrokarbon Titan adalah bahwa komponen berasap ini mengandung molekul yang disebut tholins (dari kata Yunani, muddy) yang dapat membentuk fondasi balok-balok kehidupan. Sebagai contoh, asam amino, salah satu unsur pembentuk kehidupan terestrial, terbentuk ketika partikel-partikel seperti kabut merah-coklat ditempatkan di dalam air. Seperti yang ditunjukkan Carl Sagan, Titan dapat dianggap sebagai paralel yang luas dengan atmosfer terestrial awal sehubungan dengan chemistry-nya dan dengan cara ini, tentu saja relevan dengan asal usul kehidupan.
Musim panas ini, wahana antariksa Cassini milik NASA, diluncurkan pada tahun 1997, dijadwalkan untuk mengorbit Saturnus dan bulan-bulannya selama empat tahun. Pada awal 2005, probe Huygens yang membonceng dijadwalkan untuk terjun ke atmosfer Titan yang kabur dan mendarat di permukaan bulan. Ada 12 instrumen di atas pesawat ruang angkasa Cassini, dan 6 instrumen di atas pesawat Huygens Probe. Probe Huygens diarahkan terutama untuk pengambilan sampel atmosfer. Probe dilengkapi untuk melakukan pengukuran dan merekam gambar hingga setengah jam di permukaan. Tetapi probe tidak memiliki kaki, jadi ketika ia mendarat di permukaan Titan, orientasinya akan acak. Dan pendaratannya mungkin bukan oleh situs organik. Gambar di mana Cassini berada di orbitnya saat ini terus diperbarui dan tersedia untuk dilihat saat misi berlangsung.
Majalah Astrobiology memiliki kesempatan untuk berbicara dengan ilmuwan penelitian, Jean-Michel Bernard dari University of Paris, tentang bagaimana mensimulasikan kimia kompleks Titan dalam tabung reaksi terestrial. Simulasi-Nya tentang lingkungan Titan dibangun di atas sup prebiotik klasik, pertama kali dirintis lima puluh tahun yang lalu oleh para peneliti Universitas Chicago, Harold Urey dan Stanley Miller.
Majalah Astrobiology (AM): Apa yang pertama kali merangsang minat Anda pada kimia atmosfer di Titan?
Jean-Michel Bernard (JB): Bagaimana dua molekul sederhana (nitrogen dan metana) menciptakan kimia yang sangat kompleks? Apakah kimia menjadi biokimia? Penemuan baru-baru ini tentang kehidupan dalam kondisi ekstrem di Bumi (bakteri di Kutub Selatan pada -40? C dan archaea lebih dari +110? C di sekitar sumber hidrotermal) memungkinkan untuk mengandaikan bahwa kehidupan dapat hadir di dunia lain dan lainnya kondisi.
Titan memiliki minat astrobiologis karena merupakan satu-satunya satelit di tata surya dengan atmosfer padat. Atmosfer Titan terbuat dari nitrogen dan metana. Partikel-partikel energetik yang berasal dari lingkungan Matahari dan Saturnus memungkinkan kimia yang kompleks, seperti pembentukan hidrokarbon dan nitril. Partikel-partikel itu juga menghasilkan kabut permanen di sekitar satelit, hujan metana, angin, musim. Baru-baru ini, danau hidrokarbon tampaknya telah terdeteksi di permukaan Titan. Saya pikir penemuan ini, jika dikonfirmasi oleh misi Cassini-Huygens, akan sangat menarik.
Itu akan membuat Titan analog dengan Bumi, karena akan memiliki atmosfer (gas), danau (cair), kabut dan tanah (padat), tiga lingkungan yang diperlukan untuk penampilan kehidupan.
Komposisi kabut Titan tidak diketahui. Hanya data optik yang tersedia dan sulit dianalisis karena kerumitan bahan berkarbon ini. Banyak percobaan telah dilakukan untuk meniru kimia atmosfer Titan, terutama analog aerosol bernama "tholins" oleh kelompok Carl Sagan. Tampaknya tholin bisa terlibat dalam asal usul kehidupan. Memang, hidrolisis analog aerosol Titan ini memunculkan pembentukan asam amino, prekursor kehidupan.
SAYA: Bisakah Anda menggambarkan simulasi eksperimental Anda untuk memperluas eksperimen Miller-Urey dengan cara yang disesuaikan untuk suhu rendah dan kimiawi Titan?
JB: Sejak percobaan Miller-Urey, banyak simulasi eksperimental sistem prebiotik yang seharusnya telah dilakukan. Tetapi setelah pengambilan data Voyager, tampaknya perlu kembali ke pendekatan ini untuk mensimulasikan atmosfer Titan. Kemudian beberapa ilmuwan melakukan percobaan simulasi semacam itu dengan memperkenalkan campuran nitrogen-metana dalam suatu sistem seperti peralatan Miller. Tetapi masalah menjadi jelas karena perbedaan antara kondisi eksperimental dan kondisi Titan. Tekanan dan suhu tidak mewakili lingkungan Titan. Kemudian kami memutuskan untuk melakukan eksperimen yang mereproduksi tekanan dan suhu stratosfer Titan: campuran gas 2% metana dalam nitrogen, tekanan rendah (sekitar 1 mbar) dan sistem kriogenik agar memiliki suhu rendah. Selanjutnya, sistem kami ditempatkan dalam kotak sarung tangan yang mengandung nitrogen murni untuk menghindari kontaminasi oleh udara sekitar dari produk padat.
SAYA: Apa yang Anda anggap sebagai sumber energi terbaik untuk memicu kimia sintetis Titan: magnetosfer partikel Saturnus, radiasi matahari, atau yang lainnya?
JB: Para ilmuwan berdebat tentang sumber energi apa yang paling baik mensimulasikan sumber energi di atmosfer Titan. Radiasi ultraviolet (UV)? Sinar kosmik? Elektron dan partikel energetik lainnya yang berasal dari magnetosfer Saturnus? Semua sumber ini terlibat, tetapi kemunculannya tergantung pada ketinggian: radiasi ultraviolet ekstrem dan elektron di ionosfer, sinar UV di stratosfer, sementara sinar kosmik terjadi di troposfer.
Saya pikir pertanyaan yang tepat seharusnya: Apa tujuan eksperimental? Jika ingin memahami kimia hidrogen sianida (HCN) di stratosfer Titan, simulasi dengan radiasi UV HCN tepat dilakukan. Jika tujuannya adalah untuk menentukan efek medan listrik yang dihasilkan oleh sinar kosmik galaksi di troposfer, lebih disukai pelepasan korona atmosfer Titan yang disimulasikan.
Dalam mempelajari kondisi stratosfer Titan, kami memilih untuk menggunakan pelepasan listrik dalam simulasi kami. Pilihan ini dipertentangkan oleh sebagian kecil ilmuwan karena sumber energi utama di stratosfer Titan adalah radiasi UV. Tetapi hasil kami memvalidasi percobaan kami. Kami mendeteksi semua spesies organik yang diamati di Titan. Kami memperkirakan keberadaan CH3CN (asetonitril) sebelum pengamatan. Kami mendeteksi untuk pertama kalinya dicyanoacetylene, C4N2, molekul tidak stabil pada suhu kamar yang juga telah terdeteksi di atmosfer Titan. Tanda tangan inframerah tengah dari produk padat yang dibuat dalam percobaan kami sejalan dengan pengamatan Titan.
SAYA: Bagaimana hasil Anda bagian dari pengujian atmosfer yang direncanakan untuk probe Cassini-Huygens?
JB: Setelah berkolaborasi dengan tim dari Observatoire Astronomique de Bordeaux di Prancis, kami menentukan konstanta dielektrik analog aerosol. Ini akan memungkinkan kami memperkirakan bagaimana atmosfer dan sifat permukaan Titan dapat memengaruhi kinerja percobaan radar Cassini-Huygens. Altimeter yang terpasang pada probe Huygens dapat dipengaruhi oleh sifat aerosol, tetapi eksperimen pelengkap harus dilakukan untuk mengkonfirmasi hasil ini.
Dua tahun lalu, kami memperkenalkan campuran gas, N2 / CH4 / CO (98 / 1.99 / 0,01). Tujuannya adalah untuk menentukan dampak karbon monoksida, senyawa teroksigenasi paling melimpah di Titan. Anehnya, kami mendeteksi oksiran dalam fase gas sebagai produk beroksigen utama. Molekul tidak stabil ini ditemukan di medium antarbintang tetapi model teoretis tidak memperkirakannya untuk kimia Titan. Namun mungkin molekul ini ada di Titan.
Saat ini, kami sedang menganalisis molekul, radikal, atom, dan ion pertama (atau 'spesies') yang dibuat di dalam reaktor eksperimental kami. Kami menggunakan spektrometri inframerah dan emisi UV-terlihat untuk mempelajari spesies bersemangat seperti CN, CH, NH, C2, HCN, C2H2. Selanjutnya, kita akan mengamati korelasi antara kelimpahan spesies ini dan struktur produk padat. Menggabungkan hasil-hasil eksperimental ini dengan model teoretis yang dikembangkan bekerja sama dengan University of Porto di Portugal, kita akan memiliki pemahaman yang lebih baik tentang kimia yang terjadi dalam reaktor eksperimental. Ini akan memungkinkan kami untuk menganalisis data Cassini-Huygens dan pembentukan kabut Titan.
Tim kami juga terlibat di tingkat ilmu misi, karena salah satu ilmuwan misi juga ada dalam kelompok kami di Laboratoire Inter-Universitaire des Syst? Mes Atmosph? Riques, LISA). Tholins laboratorium kami akan digunakan sebagai panduan untuk mengkalibrasi beberapa instrumen pada probe Huygens dan pengorbit Cassini.
Ada 18 instrumen di papan probe dan pengorbit. Tes kalibrasi diperlukan untuk kromatografi gas dan spektroskopi massa [GC-MS]. GC-MS akan mengidentifikasi dan mengukur bahan kimia di atmosfer Titan.
Tes kalibrasi juga diperlukan untuk Aerosol Collector dan Pyrolyser (ACP). Percobaan ini akan menarik partikel aerosol dari atmosfer melalui filter, kemudian memanaskan sampel yang terperangkap dalam oven untuk menguapkan volatil dan menguraikan bahan organik yang kompleks.
Composite Infrared Spectrometer (CIRS), alat pengukur panas pada pengorbit, juga perlu dikalibrasi. Dibandingkan dengan misi luar angkasa sebelumnya, spektrometer di atas pesawat Cassini-Huygens adalah peningkatan yang signifikan, dengan resolusi spektral sepuluh kali lebih tinggi daripada spektrometer pesawat ruang angkasa Voyager.
SAYA: Apakah Anda memiliki rencana masa depan untuk penelitian ini?
JB: Langkah kami selanjutnya adalah percobaan yang dikembangkan oleh Marie-Claire Gazeau, yang disebut "SETUP". Eksperimen ini memiliki dua bagian: plasma dingin untuk memisahkan nitrogen, dan reaktor fotokimiawi untuk fotodissosiasi metana. Ini akan memberi kita simulasi global yang lebih baik tentang kondisi Titan.
Sumber Asli: Majalah NASA Astrobiology
