bortom jorden, den allmänna vetenskapliga konsensus är att det bästa stället att söka efter bevis på utomjordiskt liv är Mars. Dock, det är inte på något sätt den enda platsen. Bortsett från de många extrasolära planeter som har betecknats som "potentiellt beboeliga, " det finns massor av andra kandidater här i vårt solsystem. Dessa inkluderar de många iskalla satelliter som tros ha inre hav som kan hysa liv.

Bland dem är Titan, Saturnus största måne som har all slags organisk kemi som äger rum mellan dess atmosfär och yta. För en tid, Forskare har misstänkt att studiet av Titans atmosfär kan ge viktiga ledtrådar till de tidiga stadierna av livets utveckling på jorden. Tack vare ny forskning ledd av teknikjätten IBM, ett team av forskare har lyckats återskapa atmosfäriska förhållanden på Titan i ett laboratorium.

Deras forskning beskrivs i en artikel med titeln "Imaging Titan's Organic Haze at Atomic Scale, " som nyligen dök upp i numret av den 12 februari av The Astrophysical Journal Letters . Forskargruppen leddes av Dr. Fabian Schulz och Dr. Julien Maillard och inkluderade många kollegor från IBM Research-Zurich, universitetet i Paris-Saclay, universitetet i Rouen i Mont-Saint-Aignan, och Fritz Haber Institute of the Max Planck Society.

Mycket av det vi vet om Titan idag är skyldigt rymdfarkosten Cassini, som kretsade runt Saturnus från 2004 till 2017 och avslutade sitt uppdrag genom att dyka in i Saturnus atmosfär. Under denna tid, Cassini genomförde många direkta mätningar av Titans atmosfär, avslöjar en överraskande jordliknande miljö. I grund och botten, Titan är den enda andra kroppen i solsystemet som har en tät kväveatmosfär och organiska processer som äger rum.

Det som är särskilt intressant är det faktum att forskare tror att för ungefär 2,8 miljarder år sedan, Jordens atmosfär kan ha varit liknande. Detta sammanfaller med den mesoarchiska eran, en period där fotosyntetiska cyanobakterier skapade de första revsystemen och långsamt omvandlade jordens atmosfäriska koldioxid till syrgas (som slutligen ledde till dess nuvarande balans av kväve och syre).

Medan Titans yta tros innehålla ledtrådar som kan förbättra vår förståelse av hur liv uppstod i vårt solsystem, att få en tydlig titt på den ytan har varit ett problem. Anledningen till detta har att göra med Titans atmosfär, som genomsyras av en tät fotokemisk dis som sprider ljus. Som Leo Gross och Nathalie Carrasco (medförfattare till studien) förklarade i en nyligen publicerad artikel på IBM Research Blog:

"Titan's haze består av nanopartiklar gjorda av en mängd olika stora och komplexa organiska molekyler som innehåller kol, väte och kväve. Dessa molekyler bildas i en kaskad av kemiska reaktioner när (ultraviolett och kosmisk) strålning träffar blandningen av metan, kväve och andra gaser i atmosfärer som Titans."

Som ett resultat, det finns fortfarande mycket som forskarna inte vet om processerna som driver Titans atmosfär, som inkluderar den exakta kemiska strukturen hos de stora molekylerna som utgör detta dis. I årtionden, astrokemister har genomfört laboratorieexperiment med liknande organiska molekyler som kallas toliner - en term som kommer från det grekiska ordet för "lerig" (eller "dimmig").

Tholiner hänvisar till en mängd olika organiska kolhaltiga föreningar som bildas när de utsätts för sol-UV eller kosmisk strålning. Dessa molekyler är vanliga i det yttre solsystemet och finns vanligtvis i isiga kroppar, där ytskiktet innehåller metanis som utsätts för strålning. Deras närvaro indikeras av ytor som har ett rödaktigt utseende, eller som att de har sepiafärgade fläckar.

För deras studiers skull, teamet ledd av Schulz och Maillard genomförde ett experiment där de observerade toliner i olika stadier av bildning i en laboratoriemiljö. Som Gross och Carrasco förklarade:

"Vi översvämmade ett kärl av rostfritt stål med en blandning av metan och kväve och utlöste sedan kemiska reaktioner genom en elektrisk urladdning, därigenom efterlikna förhållandena i Titans atmosfär. Vi analyserade sedan över 100 resulterande molekyler som utgör Titans toliner i vårt labb i Zürich, få atomupplösningsbilder av ett dussin av dem med vårt hemmabyggda lågtemperatur atomkraftmikroskop."

Genom att lösa upp molekyler av olika storlekar, teamet försågs med glimtar av de olika stadierna genom vilka dessa dismolekyler växer, samt hur deras kemiska makeup ser ut. I huvudsak, de observerade en nyckelkomponent i Titans atmosfär när den bildades och ackumulerades för att skapa Titans berömda disiga effekt. Sa Conor A. Nixon, en forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center (som inte var ansluten till studien):"Denna artikel visar banbrytande nytt arbete i användningen av atomisk skalamikroskopi för att undersöka strukturerna av komplexa, flerringade organiska molekyler. Typisk analys av laboratoriegenererade föreningar med tekniker som masspektroskopi avslöjar de relativa proportionerna av de olika elementen, men inte den kemiska bindningen och strukturen.

"För första gången här, vi ser den molekylära arkitekturen hos syntetiska föreningar som liknar de som tros orsaka det orangea diset i Titans atmosfär. Denna applikation ger nu ett spännande nytt verktyg för provanalys av astrobiologiska material, inklusive meteoriter och returnerade prover från planetariska kroppar."

Vad mer, deras resultat kan också kasta ljus över Titans mystiska metanbaserade hydrologiska cykel. På jorden, denna cykel består av vatten som övergår mellan ett gasformigt tillstånd (vattenånga) och ett flytande tillstånd (regn och ytvatten). På Titan, samma cykel äger rum med metan, som övergår från atmosfärisk metangas och faller som metanregn för att bilda Titans berömda kolvätesjöar.

I detta fall, forskargruppens resultat kan avslöja vilken roll det kemiska diset spelar i Titans metancykel, inklusive huruvida dessa nanopartiklar kan flyta på sina metansjöar. Vidare, dessa fynd kan avslöja om liknande atmosfäriska aerosoler hjälpte liv att växa fram på jorden för miljarder år sedan.

"De molekylära strukturerna vi nu har avbildat är kända för att vara bra absorberande av ultraviolett ljus, " beskrev Gross och Carrasco. "Det, i tur och ordning, betyder att diset kan ha fungerat som en sköld som skyddar DNA-molekyler på den tidiga jordens yta från skadlig strålning."

Om denna teori är korrekt, teamets resultat skulle inte bara hjälpa forskare att förstå de förhållanden under vilka liv uppstod här på jorden, de kan också peka på den möjliga existensen av liv på Titan. Den mystiska naturen hos denna satellit är något som forskare först blev medvetna om i början av 1980-talet, när rymdsonderna Voyager 1 och 2 båda flög genom Saturnussystemet. Sedan dess, forskare har slagit ihop

På 2030-talet, NASA planerar att skicka en robotrotorcraft kallad Dragonfly till Titan för att utforska dess yta och atmosfär och söka efter möjliga tecken på liv. Som alltid, det teoretiska arbetet och laboratorieexperimenten som utförs under tiden kommer att tillåta forskare att begränsa fokus och öka oddsen för att uppdraget (när det väl anländer) kommer att hitta vad det letar efter.