Titan är den näst största månen i solsystemet och den enda med en tät atmosfär. På toppen av denna atmosfär, rik på kväve och metan, producerar solens strålning en stor mångfald av organiska molekyler, av vilka vi också hittar några på jorden som beståndsdelar i livets grundläggande enhet, cellen.
Ett internationellt forskarlag ledd av Rafael Silva från Institutet för astrofysik och rymdvetenskap och magister från vetenskapsfakulteten vid universitetet i Lissabon (Ciências ULisboa), analyserade solljuset som reflekterades av Titans atmosfär och identifierade för första gången nästan hundra signaturer att metanmolekylen (CH4 ) inskriver i det synliga bandet av det elektromagnetiska spektrumet, spår som är nödvändiga för att hitta det i andra atmosfärer.
Dessutom fann teamet möjliga bevis på närvaron av trikolmolekylen (C3 ), en molekyl som skulle kunna delta i kedjan av kemiska reaktioner som genererar komplexa molekyler av Titan. Om det bekräftas kommer det att vara den första upptäckten av trikolmolekylen på en planetkropp.
"Titans atmosfär fungerar som en kemisk reaktor i planetstorlek och producerar många komplexa kolbaserade molekyler", säger Rafael Silva och tillägger:"Av alla atmosfärer vi känner till i solsystemet är Titans atmosfär den mest lik den ena. vi tror fanns på den tidiga jorden."
Metan, som på jorden är en gas, ger information om geologiska processer och potentiellt om biologiska processer. Det är en molekyl som inte överlever länge i jordens eller Titans atmosfärer eftersom den snabbt och irreversibelt förstörs av solstrålning. Av denna anledning måste metan på Titan fyllas på genom geologiska processer, såsom utsläpp av underjordisk gas.
Detta arbete gav ny information om själva metanets kemi. De 97 nya linjerna för dess spektrala absorption i våglängder av synligt ljus - i de orange, gula och gröna färgområdena - identifierades i band av linjer som tidigare associerades med absorption av metan men aldrig individualiserades. För första gången är våglängden och intensiteten för var och en av dessa linjer kända.
"Även i högupplösta spektra är metanabsorptionslinjerna inte tillräckligt starka med den mängd gas vi kan ha i ett laboratorium på jorden. Men på Titan har vi en hel atmosfär, och vägen som ljuset färdas genom atmosfären kan vara hundratals kilometer långa Detta gör de olika banden och linjerna, som har en svag signal i laboratorier på jorden, mycket tydliga på Titan, säger Rafael Silva.
Att känna till och katalogisera alla signaturer för metanmolekylen kommer också att hjälpa till att identifiera nya molekyler, särskilt i atmosfärer med så komplex kemi, där analys av spektrat är utmanande på grund av tätheten av molekylära signaturer, även med högupplösta instrument.
Så här hittade teamet tecken på eventuell närvaro av trikolmolekylen (C3 ) i de höga lagren, på en höjd av 600 kilometer. I solsystemet var denna molekyl, som visar sig som en blåaktig emission, fram tills nu bara känd i materialet som omger kärnan i en komet.
Absorptionslinjerna på Titan som teamet associerade med trikol är få och av låg intensitet trots att de är mycket specifika för denna typ av molekyler, så nya observationer kommer att utföras i framtiden för att försöka bekräfta denna upptäckt.
"Ju mer vi vet om de olika molekylerna som deltar i den kemiska komplexiteten i Titans atmosfär, desto bättre kommer vi att förstå vilken typ av kemisk evolution som kan ha tillåtit eller är relaterad till livets ursprung på jorden", säger Rafael Silva , och tillägger, "En del av det organiska materialet som bidrog till uppkomsten av liv på jorden tros ha producerats i dess atmosfär genom processer som är relativt liknande de vi observerade på Titan."
För närvarande är denna Saturnus måne en unik värld i solsystemet, som är en testplats för att förbereda framtida observationer av atmosfären på planeter utanför vårt planetsystem, de så kallade exoplaneterna. Bland dessa kan det finnas små, kalla kroppar som Titan.
"Erfarenheterna från utmanande analyser som denna kan gynna infraröda observationer med rymdteleskopet James Webb, eller det framtida Ariel-rymduppdraget, från European Space Agency (ESA)", kommenterar Pedro Machado, andra författare till denna nu publicerade artikel.
Data som användes för detta arbete kom från observationer som gjordes i juni 2018 med UVES högupplösta synliga och ultravioletta spektrografer, installerade på ESO:s Very Large Telescope (VLT), i Chile. Arkiverade data som samlades in med samma instrument 2005 användes också.
Forskningen är publicerad i tidskriften Planetary and Space Science .
Mer information: Rafael Rianço-Silva et al, En studie av mycket högupplösta synliga spektra av Titan:Linjekarakterisering i synlig CH4 band och sökningen efter C3 , Planet- och rymdvetenskap (2024). DOI:10.1016/j.pss.2023.105836
Tillhandahålls av University of Lissabon
