Farvefotografi af en planet med ringmærker og dens måne i rummet

Webb-teleskopet kunne bekræfte, om nogen af ​​Saturns måner indeholder ingredienser til liv

Senere i år vil Webb-rumteleskopet give videnskabsfolk mulighed for at søge efter nogle vigtige byggesten til liv i den disige kulbrinteatmosfære på Saturns største måne, Titan.

NASA-planetforskeren Conor Nixon og hans kolleger forventer ikke at finde rumvæsner på Titan, men de kan måske finde nogle ledetråde til, hvordan livet var sammensat af lignende kemiske forbindelser her på Jorden – og hvordan det var på andre verdener såsom Enceladus eller TRAPPIST-1e. Og det, Nixon og hans kolleger finder i Webbs data, kan hjælpe med at guide NASAs Dragonfly-mission, når den skal til Titan i 2026.

Hvad er nyt – Nixon og hans team vil søge i data fra Webbs MIRI-instrument for bevis på to ringformede molekyler kaldet pyridin og pyrimidin: forstadierne, der danner nukleobaserne (eller “bogstaverne”) i DNA og RNA. For eksempel, hvis du tilføjer blot nogle få ekstra atomer til pyrimidin, kan du lave en nukleobase som thymin, cytosin eller uracil. Og derfra har du en god start på at bygge gener og skabe liv.

Forskere har allerede fundet beviser for et meget lignende ringformet molekyle kaldet benzen på Titan. Benzen er blot en ring af seks kulstofatomer med seks brintatomer på ydersiden, men Nixon beskriver det som “en slags hjørnesten i kompleks organisk kemi.”

“Hvis du begynder at se på aminosyrer og nukleare baser, er de baseret på en ringstruktur,” siger Nixon Omvendt. “Ideen om at danne ringe er meget fundamental og meget grundlæggende for at lave virkelig naturtro molekyler.”

Dette skyldes, at ringstrukturer som benzen er meget stabile og også meget alsidige. Tænk på denne grundlæggende ringstruktur som en modulbase, hvortil kemiske reaktioner kan tilføje forskellige bindinger for at danne forskellige organiske molekyler. Skift et par kulstof til nitrogen og tilføj et par forskellige vedhæng på ydersiden, og du har pyridin og pyrimidin, chassiset, som nukleobaserne er bygget på. Molekyler som pyridin og pyrimidin er en slags mellemtrin mellem ting som benzen og bogstaverne, der udgør dit genom.

Nixon og hans kolleger vil med andre ord vide, om livets byggesten – eller måske bare byggestenene til byggestenene – er samlet ved kemiske reaktioner i Titans atmosfære.

Laboratorieforsøg her på Jorden har simuleret lyn eller ultraviolet stråling i Titans atmosfære, og disse eksperimenter viser, at energi under de rette forhold kan udløse kemiske reaktioner, der gør simple molekyler til mere komplekse som pyrimidin.

“Så vi ved, at det kan ske på Titan,” siger Nixon, “men vi ved ikke, om det sker på Titan?”

NASAs Cassini-rumfartøj fangede dette billede af Saturn og dens største måne, Titan.NASA

Nixon og hans hold er optimistiske. Under sine skæbnesvangre sidste kredsløb i 2017 skimmede Cassini-rumfartøjet de øverste lag af Titans atmosfære og tog en prøve til dets indbyggede massespektrometer, som sorterer molekyler efter masse for at fortælle videnskabsmænd, hvad der er lavet af. Og Cassinis spektrometer rapporterede molekyler i Titans atmosfære med nogenlunde den rigtige masse til at være de to byggesten, Nixon og hans kolleger jagter.

Men da Nixon og hans team undersøgte Titans atmosfære i 2020 med ALMA (Atacama Large Millimeter Array, et radioteleskop i Chile), fandt de ingen tegn på pyridin eller pyrimidin. Han siger, at det er muligt, at de to molekyler er der, men ikke i tilstrækkelige mængder til, at ALMA kan se.

“Men vi bliver ved med at prøve,” siger Nixon. “Vi tror, ​​at vi i sidste ende kan detektere disse molekyler med mere følsomme instrumenter, som Webb, eller med længere tidsperioder på ALMA eller nogle opgraderinger på ALMA.”

I oktober vil Webbs NIRCam-, NIRSpec- og MIRI-instrumenter måle de infrarøde spektre af Titans atmosfære og afsløre, hvilke kemiske forbindelser der flyder rundt i denne orange dis. Fordi disse instrumenter er mere følsomme end jordbaserede teleskoper eller tidligere rumteleskoper, og fordi de undersøger bølgelængder af infrarødt lys, som Cassini ikke dækkede, er der en chance for, at Webb ser, hvad tidligere observationer er gået glip af.

Oktoberobservationerne er en del af en bredere undersøgelse af Titans atmosfære og klima.

“Fordi det er knyttet til det store globale billede af Titan, er det på en måde forbundet,” siger Nixon. »Selv vejret på Jorden afhænger for eksempel af, om man kan opretholde liv. Så noget af det andet arbejde, vi skal udføre, vil virkelig hjælpe med at kaste lys over det større billede.”

Hvorfor det betyder noget – Hvis Nixon og hans kolleger finder molekyler som pyridin og pyrimidin på Titan, vil det fortælle os, at præbiotisk kemi – den slags reaktioner, der fører til livets byggesten – kan finde sted i en verden som Titan. Og det føjer til gengæld til den voksende evidens for, at præbiotisk kemi er overraskende almindelig alle mulige steder i vores univers.

Det betyder ikke nødvendigvis, at selve livet er udbredt (eller let at finde), men hvis ingredienserne til en levende celle er let tilgængelige i en række forskellige miljøer – fra interstellart støv til Titans smoggy himmel – kan oddsene være i din fordel astrobiologen. Og at se, hvordan disse kemiske byggesten dannes og interagerer under forskellige forhold, kan hjælpe astrobiologer med at forfine deres søgen efter liv på andre verdener.

På kort sigt kan det dog også være med til at finde mere komplekse organiske molekyler på Titan med at lægge grunden til NASAs Dragonfly-mission, som vil sende et rotorfly i 2026 på jagt efter kemiske spor af liv eller dets byggesten.

En kunstners undfangelse viser Dragonfly, der lander og letter igen for at hoppe fra sted til sted på Titans overflade.NASA

“Missionen vil have et begrænset antal steder, den kan besøge, og et begrænset antal eksperimenter, den kan udføre,” siger Nixon. “Og jeg tror, ​​at noget af det arbejde, vi kan udføre med astronomi, virkelig vil hjælpe dem med at vide, hvad de skal kigge efter.”

Hvad er det næste – Når videnskabsmænd finder, hvad de leder efter, ansporer det næsten altid søgen efter det næste. I tilfældet med titanium kaldes den næste ting den funktionelle sidegruppe: Forskellige arrangementer af atomer, der fæstner sig til den centrale ring af et molekyle som pyrimidin, ligesom forskellige værktøjer på en schweizisk hærkniv. Disse sidefunktionelle grupper omdanner pyrimidin til for eksempel cytosin eller uracil.

Ifølge Nixon planlægger hans team at lede efter disse funktionelle grupper på andre, endnu enklere, molekyler.

“Det er også en del af den anden opgave, vi skal udføre – at lede efter funktionaliserede molekyler, der ikke er ringmolekyler.”

Men hvis Webbs instrumenter ikke viser noget bevis for pyridin eller pyrimidin, fortsætter søgningen. Dragonfly-missionen kan være det næstbedste håb om at finde disse og andre vigtige kemiske ingredienser for livet.

“Jeg tror virkelig på, at hvis vi ikke finder nogle af disse molekyler i atmosfæren før tid, vil de helt sikkert finde dem på overfladen,” siger Nixon, fordi Dragonfly vil være i stand til at grave sig ned i selve overfladen, hvor sådanne molekyler kunne være mere koncentreret. “Og jeg er ret sikker på, at de også vil finde nukleobaserne.”

Men det er et kæmpe spring fra nukleobaser til DNA, endsige faktisk udenjordisk liv.

“Hvordan får man disse molekyler til ikke bare at være molekyler, men faktisk gøre ting, der ligner liv? Som om de gemmer information, videregiver de information fra generation til generation, de danner lipidmembraner. Det er et helt andet skridt,” siger Nixon.

I øjeblikket er det også et skridt, vi ikke helt forstår, selv når det kommer til vores egen jordiske evolutionære oprindelse. En del af astrobiologiens mål, bortset fra at spørge, om der er liv på andre verdener, er at finde ud af, hvordan liv opstod her på Jorden.

Leave a Comment

Your email address will not be published.