En viktig typ av molekyl som hjälper till att producera komplext organiskt material har upptäckts i Titans disiga övre atmosfär av ett UCL-ledda team som en del av det internationella Cassini-Huygens uppdraget.

I studien, publiceras i Astrofysiska tidskriftsbrev , Forskare identifierade negativt laddade molekyler som kallas "kolkedjeanjoner" i Titans atmosfär, Saturnus största måne. Dessa linjära molekyler anses vara byggstenar mot mer komplexa molekyler, och kan ha fungerat som grunden för de tidigaste formerna av liv på jorden.

Teamet säger att upptäckten av de negativt laddade kolkedjeanjonerna är överraskande eftersom de är mycket reaktiva och bör inte vara länge i Titans atmosfär innan de kombineras med andra material. Deras upptäckt där är en fullständig omformning av den nuvarande förståelsen av den disiga månens atmosfär.

Detekteringarna gjordes med Cassinis plasmaspektrometer, kallas CAPS, när Cassini flög genom Titans övre atmosfär, 950–1300 km över ytan.

Intressant, data visar att kolkedjorna blir utarmade närmare månen, medan prekursorer till större aerosolmolekyler genomgår snabb tillväxt. Detta tyder på ett nära förhållande mellan de två, med kolkedjorna som "sådd" de större molekylerna som tros falla ner till, och sätt in på, ytan.

"Vi har gjort den första entydiga identifieringen av kolkedjeanjoner i en planetliknande atmosfär, som vi tror är en viktig språngbräda i produktionslinjen för att växa sig större, och mer komplexa organiska molekyler, såsom månens stora dispartiklar, sa Ravi Desai, studiehuvudförfattare och doktorand vid UCL.

"Detta är en känd process i det interstellära mediet - de stora molekylära molnen från vilka stjärnor själva bildas - men nu har vi sett det i en helt annan miljö, vilket betyder att det kan representera en universell process för att producera komplexa organiska molekyler. Frågan är, kan det också hända i andra kväve-metanatmosfärer som vid Pluto eller Triton, eller på exoplaneter med liknande egenskaper?"

Titan har en tjock kväve- och metanatmosfär med något av det mest komplexa kemin som setts i solsystemet. Det tros till och med efterlikna atmosfären från den tidiga jorden, innan syreuppbyggnaden. Som sådan, Titan kan ses som ett laboratorium i planetskala som kan studeras för att förstå de kemiska reaktionerna som kan ha lett till liv på jorden, och det kan förekomma på planeter runt andra stjärnor.

"Utsikten till en universell väg mot ingredienserna för livet har konsekvenser för vad vi bör leta efter i sökandet efter liv i universum, " sa medförfattaren professor Andrew Coates, också från UCL och medutredare av CAPS. "Titan presenterar ett lokalt exempel på spännande och exotisk kemi, som vi har mycket att lära av."

I Titans övre atmosfär, kväve och metan utsätts för energi från solljus och energirika partiklar i Saturnus magnetosfär. Dessa energikällor driver reaktioner som involverar kväve, väte och kol, vilket leder till mer komplicerade prebiotiska föreningar.

Dessa stora molekyler driver ner mot den lägre atmosfären, bildar en tjock dimma av organiska aerosoler, och tros så småningom nå ytan. Men processen genom vilken enkla molekyler i den övre atmosfären omvandlas till det komplexa organiska diset på lägre höjder är komplicerad och svår att avgöra. Denna upptäckt lägger till viktig information som hjälper forskare att förstå den kemiska processen.

"Dessa inspirerande resultat från Cassini visar vikten av att spåra resan från små till stora kemiska arter för att förstå hur komplexa organiska molekyler produceras i en tidig jordliknande atmosfär, " tillade Dr Nicolas Altobelli, ESA:s Cassini-projektforskare. "Även om vi inte har upptäckt själva livet, hitta komplexa organiska ämnen inte bara hos Titan, men också i kometer och i hela det interstellära mediet, vi är verkligen nära att hitta dess föregångare."

Cassinis 13-åriga odyssé i det Saturniska systemet går snart mot sitt slut, men framtida uppdrag, som det internationella rymdteleskopet James Webb och ESA:s exoplanetuppdrag Platon är utrustade för att leta efter denna process inte bara i vårt eget solsystem utan på andra håll. Avancerade markbaserade anläggningar som ALMA skulle också kunna möjliggöra uppföljande observationer av denna process i arbete i Titans atmosfär, från jorden.