4 oktober 2022

Nog even over die tholines op Pluto, Charon, Titan, Ixion en HR 4796A

Tholines gemaakt in het Johns Hopkins University’s Hörst Laboratory door combinatie van N2 en CH4 in een heet plasma. Credit: Xinting Yu, Johns Hopkins University

Door de passage van de New Horizons sonde op 14 juli jongstleden langs Pluto en zijn manen ontdekten we dat Pluto en z’n grootste maan Charon grotendeels rood gekleurd zijn. Direct werd gedacht dat de kleur veroorzaakt wordt door de zogeheten tholines, zie Olaf’s blog daarover. Die term waren we al eerder tegengekomen, want ook bij de grootste Saturnusmaan Titan en bij de stofring rondom de jonge ster HR 4796A wordt een relatie gelegd met de tholines. Daarnaast komen ze op kometen en planetoïden voor en van de ‘plutino’ genaamd 28978 Ixion, een 650 km groot ijsobject in de Kuipergordel aan de rand van het zonnestelsel, wordt gedacht dat diens rode kleur komt door een mix van tholines en waterijs aan het oppervlak. Mede omdat die tholines kennelijk op veel hemelobjecten in het zonnestelsel voorkomen – overigens NIET op aarde – én er een verband wordt gelegd tussen tholines en de bouwstenen van leven kan het geen kwaad hier eens wat meer aandacht aan te besteden.

Charon en z’n rode poolkap. Credit: NASA / Johns Hopkins APL / SwRI Southwest Research

Twee Griekse woorden liggen ten oorsprong aan het woord tholine, te weten ϴoλòς (tholos) voor gewelf of koepel en ϴὸλος voor modderig of troebel. Carl Sagan kwam er als eerste mee aan, in 1979 in een artikel dat hij samen met Bishun Khare publiceerde in Nature: “Tholins: organic chemistry of interstellar grains and gas.” Hier de intro van dat artikel:

For the past decade we have been producing in our laboratory a variety of complex organic solids from mixtures of the cosmically abundant gases CH4, C2H6, NH3, H2O, HCHO, and H2S. The product, synthesized by ultraviolet (UV) light or spark discharge, is a brown, sometimes sticky, residue, which has been called, because of its resistance to conventional analytical chemistry, “intractable polymer” However, we have recently succeeded, through sequential and non-sequential pyrolysis followed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) in determining something of the composition of this material. It is clearly not a polymer “a repetition of the same monomeric unit” and some other term is needed. We have discussed this material as a constituent of the Earth’s primitive oceans and therefore as relevant to the origin of life; as a component of red aerosols in the atmospheres of the outer planets and Titan; as present in comets, carbonaceous chondrites, and pre-planetary solar nebulae; and as a major constituent of the interstellar medium, which is the concept discussed here. We propose, as a model-free descriptive term, ’tholins’ (Gk ϴὸλος, muddy; but also ϴoλòς, vault or dome), although we were tempted by the phrase ‘star-tar’. The properties of tholins will depend on the energy source used and the initial abundances of precursors, but a general physical and chemical similarity among the various tholins is evident.-Carl Sagan and Bishun Khare, “Tholins: organic chemistry of interstellar grains and gas”, Nature, Vol 277, 11 January 1979

Tholines zijn dus een klasse van complexe organische verbindingen, die gevormd worden uit eenvoudige organische verbindingen zoals methaan, stikstof of ethaan, onder invloed van de ultraviolette straling van de Zon of hoogenergetische deeltjes (bijvoorbeeld kosmische straling). Sagan kwam met de tholines op de proppen na proeven waarmee hij het beroemde experiment van Miller en Urey wilde reproduceren, waarbij het ontstaan van leven in een oeratmosfeer werd nagebootst. Nu verhindert onze zuurstofrijke atmosfeer de aanwezigheid van tholines op aarde, maar vroeger moet het wel mogelijk zijn geweest, meer dan 2,3 miljard jaar geleden toen de hoeveelheid zuurstof een stuk lager was. Op de andere hemelobjecten waar het voorkomt denkt men dat het ontstaat door de interactie van de energierijke UV-straling van de zon, kosmische straling uit de ruimte en eenvoudige organische stoffen, zoals voorgesteld in de afbeelding hieronder, de situatie op Titan weergevend.

CREDIT: NASA-JPL

In 2012 werd uit experimenten met tholines al duidelijk dat ze bepaalde bouwstenen van leven kunnen produceren, te weten aminozuren (de bouwstenen van proteïnen) en nucleobasen (de bouwstenen van RNA en DNA). Door de vondst van Tholines in de ster HR 4796A, 237 lichtjaar van de aarde vandaan, met behulp van Hubble’s Near-Infrared Multi-Object Spectrometer, weten we dat ze ook buiten ons zonnestelsel voorkomen. Hieronder een door Subaru gemaakte foto van de stofring rondom HR 4796A – bijgenaamd ‘het oog van Sauron’, woehahaha.

De door Subaru gefotografeerde stofring rondom HR 4796 A. Het gebied rondom de ster is afgedekt. Credit: NAOJ.

Dat maakt verdere studie van deze complexe organische verbindingen erg interessant. Wordt vast en zeker vervolgd! Bron: Planetary Society + Koberlein + Wiki

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: