Czy na Tytanie może powstać życie?
Temperatura przy powierzchni Tytana wynosi około -200°C, co nie czyni go najbardziej przyjaznym miejscem we wszechświecie, ale ten lodowy księżyc krążący wokół Saturna może zawierać elementy składowe życia, a panujące na nim warunki nie wykluczają, że mogło tam dojść do ich połączenia. Tytan, satelita dwukrotnie większy od Księżyca, jest w niektórych kwestiach szalenie podobny do Ziemi: jego klimat tworzą cykle cieczowe, występują na nim chmury, deszcze, a także rzeki, jeziora i morza. To także jedyny znany nam księżyc z tak gęstą atmosferą. Projekt PRIMCHEM (Primitive chemistry in planetary atmospheres: From the upper atmosphere down to the surface), wspierany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych (ERBN), pozwolił stwierdzić, że reakcje chemiczne zachodzące w atmosferze tego księżyca mogły potencjalnie doprowadzić do powstania życia na Tytanie. Związki organiczne, które znajdują się we wszystkich żywych organizmach, to cząsteczki, które zazwyczaj składają się z atomów węgla połączonych z wodorem. Mogą też zawierać inne pierwiastki, tak zwane heteroatomy, w tym azot. Azot stanowi istotny element budulcowy białek i zasad DNA. „Atmosfera Tytana składa się głównie z azotu cząsteczkowego i metanu. Wykazaliśmy, że na dużych wysokościach azot napędza wzrost organiczny i prowadzi do tworzenia się dużych cząsteczek”, wyjaśnia Nathalie Carrasco, główna badaczka projektu PRIMCHEM oraz profesor nauk o Ziemi na uniwersytecie Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines, gdzie projekt jest realizowany. Atmosfera Tytana stwarza idealne warunki do sprawdzenia scenariusza, zakładającego włączenie azotu do prebiotycznych cząsteczek. Uczona mówi: „Wyższe warstwy atmosfery są wystawione bezpośrednio na działanie ostrego promieniowania nadfioletowego pochodzącego od Słońca, co z kolei wyzwala bardzo skuteczne reakcje chemiczne”.
Potencjał organiczny
Zespół odkrył także, że duże, bogate w azot cząsteczki powstające na znacznych wysokościach ewoluują w czasie opadania przez atmosferę, co sprawia, że istnieje spore prawdopodobieństwo występowania na powierzchni Tytana istotnego potencjału organicznego. Do istnienia życia, jak zaznacza Carrasco, potrzebna jest także woda. „We wnętrzu Tytana istnieje ocean o znacznej głębokości, a zjawiska kriowulkaniczne mogą wynosić na powierzchnię księżyca wodę w stanie ciekłym. Odkrycie w atmosferze Tytana bogatych w azot cząsteczek oddziałujących z ciekłą wodą na jego powierzchni pozwala podejrzewać, że mogło się na nim pojawić życie”. Odkrycia zespołu były możliwe dzięki misji kosmicznej Cassini-Huygens, w czasie której po raz pierwszy odkryto na Tytanie istnienie dużych cząsteczek organicznych. Aby odkryć ich skład chemiczny, zespół projektu PRIMCHEM opracował eksperymentalną platformę pozwalającą odtworzyć w laboratorium warunki panujące na Tytanie – ekspozycję na intensywne promieniowanie nadfioletowe, niskie ciśnienie i temperaturę, która spada aż do -200°C. Wywołane w takiej atmosferze reakcje chemiczne zostały poddane obserwacji in situ za pomocą urządzeń analitycznych połączonych z reaktorami.
Rzut oka na Ziemię z dawnych czasów
Prace prowadzone w ramach projektu mogą także pomóc nam zrozumieć, jak życie rozwijało się na naszej macierzystej planecie – ciśnienie przy powierzchni Tytana oraz skład chemiczny jego atmosfery sprawiają, że jest on najlepszym, pozostającym w zasięgu obserwacji analogiem dawnej Ziemi. „Nasze wyniki sugerują, że reakcje chemiczne zachodzące w górnych warstwach atmosfery na dawnej Ziemi umożliwiły włączenie azotu do cząsteczek prebiotycznych, zanim doszło do ich interakcji z pierwszymi oceanami”, zauważa Carrasco. Przełomowe odkrycia poczynione w ramach projektu PRIMCHEM będą miały bezpośredni wpływ na przebieg misji NASA DragonFly, której start w kierunku Tytana jest przewidziany na 2027 rok. Ma się ona przyczynić do zbadania stopnia zaawansowania procesów chemicznych sprzed powstania życia na tym księżycu, a dzięki temu do poszerzenia naszej wiedzy na temat pojawienia się życia na Ziemi i nie tylko.
Słowa kluczowe
PRIMCHEM, Tytan, księżyc, atmosfera, chemia organiczna, prebiotyczny, dawna Ziemia, misja DragonFly, życie