20 mei 2022

Hoe de mist op de Saturnusmaan Titan ons meer kan vertellen over het ontstaan van het leven op aarde

Titan gefotografeerd door Voyager 2. Credit: NASA Goddard Space Flight Center

Hoe is het leven op aarde ontstaan? Dat is natuurlijk één van de grootste vraagstukken van de mensheid. Was het God? Is het ergens anders ontstaan en via kometen hier naartoe gebracht (panspermia)? Of zijn chemische processen in de aardatmosfeer hiervoor verantwoordelijk geweest?Bij het zoeken naar een antwoord moeten we achterhalen hoe de aarde eruit zag voordat het leven ontstond – de zogenaamde “pre-biotische aarde”. Maar dat was ontzettend lang geleden, kunnen we dit wel betrouwbaar reconstrueren? Gelukkig krijgen we hulp van een andere wereld in het zonnestelsel: Titan, de grootste maan van Saturnus. Volgens wetenschappers is dit namelijk een diepvries-versie van de pre-biotische aarde.Titan heeft namelijk een dikke dampkring die is opgebouwd uit een heiige mist van stikstof- en koolstofdeeltjes – vergelijkbaar met de afgeleide omstandigheden op de jonge aarde. Toen de Voyager 2 in de jaren ’80 langs het Saturnusstelsel vloog, kon die (vanwege de eeuwige dikke mist op Titan) niets zien van het oppervlak van de planeetachtige maan. Hierdoor hebben we moeten wachten tot 2004, toen de Cassini-ruimtesonde arriveerde bij Saturnus (en z’n manen en ringen). Cassini kan op speciale radargolflengten dwars door de mist heen kijken en bovendien werd de Huygens-lander losgelaten, die foto’s vanaf het oppervlak gemaakt heeft. We weten dus veel meer over Titan dan ooit tevoren. Maar goed, we dwalen af.Wetenschappers hebben geprobeerd om de Titanatmosfeer na te maken op aarde, aangezien de jonge aarde een soortgelijke (hoewel veel warmere) dampkring gehad zou moeten hebben. We weten dat de Titaanse atmosfeer rijk is aan tholinen, een groep van organische aerosolen die geproduceerd worden als een stikstof- en koolstofrijke atmosfeer wordt blootgesteld aan kosmische straling. In bepaalde gevallen kunnen deze organische stoffen beschouwd worden als voorgangers van het leven.De tholinen op Titan worden geacht bestanddelen te bevatten die belangrijk zijn geweest bij het ontstaan van het leven. Vandaar dat men bij een nieuwe studie gekeken heeft naar de tholinen op Titan. Dit is gedaan om de eigenschappen te begrijpen van de organische materialen op de Saturnusmaan. Vraagstukken zijn onder meer hoe de organische stoffen gestructureerd zijn, of de aerosolen opgelost kunnen worden in vloeistoffen (zoals de methaanmeren op Titan), en hoe stabiel deze organische stoffen precies zijn.Ten eerste kan de structuur van de tholinen ons vertellen of ze werkelijk als pre-biotisch beschouwd kunnen worden. Daarnaast kan de oplosbaarheid van de tholinen ons vertellen waar ze op Titan gevonden kunnen worden. Ten slotte kan de stabiliteit van de tholinen ons vertellen wat de beste detectiemethoden zijn.maken van tholinenGoed, de beste manier om deze vraagstukken te onderzoeken, is door een stukje Titan-atmosfeer te gaan halen en hier in een laboratorium te onderzoeken. Maar goed, dat is natuurlijk iets dat veel te kostbaar is voor een wetenschappelijke onderzoeksgroep. Zelfs NASA vind zo’n missie vooralsnog veel te duur.Dus je kiest voor de op één-na beste optie: die tholinen zélf maken. Dat heeft men gedaan door een mengsel te maken van methaan (5 procent) en stikstofgas (95 procent) en deze bloot te stellen aan energie. In plaats van kosmische straling heeft men gekozen voor elektriciteit. Door het mengsel 72 uur lang onder stroom te zetten, ontwikkelde zich een dikke drab. Dat zijn dus de tholinen en ze zagen er ongeveer hetzelfde uit als wat Cassini observeerde op Titan.Vervolgens heeft men gekeken naar de oplosbaarheid van de tholinen. Allerlei oplosmiddelen zijn onderzocht, inclusief polaire oplosmiddelen (water, methanol) en nonpolaire oplosmiddelen (pentaan, benzeen). Polaire oplosmiddelen hebben een verschil in elektrische lading tussen atomen (zoals, in het geval van water, positief geladen zuurstof en negatief geladen waterstof), terwijl bij nonpolaire oplosmiddelen alle atomen dezelfde lading hebben. Over het algemeen zijn polaire oplosmiddelen het meest geschikt om nonpolaire stoffen op te lossen, terwijl nonpolaire oplosmiddelen het meest geschikt zijn om polaire stoffen op te lossen.Het blijkt dat de tholinen het liefst oplossen in polaire oplosmiddelen. Dat betekent dat heel weinig van die “drab” moet zijn opgelost in de methaanmeren op Titan, die uit nonpolaire stoffen bestaan. De tholinen moeten dus gezocht worden op het land of op de bodem van de Titaanse meren en zeeën. Dit alles betekent nóg iets: tholinen komen in allerlei smaken en schijnbaar komt de polaire smaak het meeste voor op Titan.

De Huygenslander op Titan. Credit: ESA

Goed, we zijn de tholinen op Titan dus steeds beter aan het begrijpen. De volgende stap zal echter een onbemande missie moeten zijn en het liefst eentje die het langer volhoud dan Huygens (die het maar een paar uur “gedaan” heeft). Een goed voorbeeld is een NASA-concept om de Titaanse zeeën te gaan verkennen met een soort duikboot. Helaas ligt dat plan nog op de tekentafel en een lancering zal nog tientallen jaren op zich laten wachten.Als onderzoekers op zoek gaan naar tholinen op Titan, ongeacht met een rover of een boot, dan is het handig om rekening te houden met de specifieke eigenschappen van deze tholinen. Tholinen zoals die op Titan vallen namelijk uit elkaar bij hoge temperaturen, maar dat is op Titan (met een gemiddelde temperatuur van -180 graden C) geen probleem. Toekomstige missies moeten hier echter rekening mee houden! Bij het analyseren van de tholinen moet het modderige goedje dus niet blootgesteld worden aan warmte! Dat betekent dat een flink aantal onderzoeksmethoden de prullenbak in kunnen. Wat je wel zou kunnen doen, is het toepassen van vloeibare chromatografie/massa spectrometrie (LC-MS) en nucleaire magnetische resonantie spectroscopie (NMR). Beide methodes kunnen je meer vertellen over de structuur van tholinen zonder deze te vernietigen.Ons begrip van Titan is nog altijd aan verandering onderhevig, aangezien de Cassini-missie nieuwe gegevens blijft doorzenden naar de aarde. Zo is gebleken dat tholinen op Titan op veel grotere hoogte ontstaan dan gedacht (meer dan 1000 kilometer boven het oppervlak!). Daarnaast blijkt de dampkring van Titan rijk te zijn aan negatief geladen ionen en benzeen, een substantie die vereist is tholinen te maken. Vooral die negatieve ionen kwamen als een verrassing en zouden een onverwachte rol kunnen spelen bij het maken van tholinen. Bron: Astrobio.net

Comments

  1. Enceladus zegt

    Mmm, hoe moet dat met de aandrijving van een duikbootje op Titan, als je geen warmte mag veroorzaken?
    Zijn daar oplossingen voor bedacht?

    groet,
    Gert (Enceladus)

    • Bij die temperaturen zou men toch een aandrijving kunnen verzinnen wat gebruik maakt van supergeleiding.

      (‘k verzin het ter plekke 🙂

Speak Your Mind

*

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.