2023 Autor: Brooke Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-05-20 23:53
Již téměř třicet let vědci věděli, že na kometách a v atmosférách vnějších planet existují složité uhlíkové sloučeniny zvané tholiny. Tholiny by teoreticky mohly interagovat s vodou v procesu zvaném hydrolýza a vytvářet složité molekuly podobné těm, které se nacházely na rané Zemi.
Na Zemi se věří, že složité organické molekuly byly raným krokem ve vzniku života; takové sloučeniny se nazývají prebiotika.
Titan, šestý a největší měsíc planety Saturn, je považován za z velké části z ledu. Část tohoto ledu může tát během dopadů meteorů nebo v podzemních procesech a vytvářet „ledové sopky“, které vypouštějí „lávu“obsahující čpavek smíchaný s vodou.
Mohly by tholinsformované v atmosféře Titanu reagovat s kapalnou vodou dočasně vystavenou dopadům meteorů na ledové sopky za vzniku potenciálně prebiotických komplexních organických molekul - než voda zamrzne? Do letošního roku to nikdo nevěděl.
Do laboratoře
Laboratorní výzkum Catherine Neish, postgraduální studentky pracující na herdoktorátu planetární vědy na Arizonské univerzitě, nyní v časopise Astrobiology ukazuje, že během několika dní mohou být sloučeniny podobné totolinům hydrolyzovány (což znamená reagovat s vodou). teploty blízko bodu mrazu.
Předpokládá se, že kapalná voda vystavená na Titanis přetrvává stovky až tisíce let – tedy dost času, aby k takovým reakcím došlo.
Je vzrušující, že bylo navrženo, že k podobnému procesu mohlo dojít na rané Zemi.
Neish ve své laboratoři vytvořila organické sloučeniny podobné tholins vystavením směsi 5 procent metanu a 95 procent dusíku elektrickému výboji při nízké teplotě (-108 stupňů F nebo -78 stupňů C). Vzorky výsledného materiálu rozpustila ve vodě a poté v rozsahu teplot od mrazu až po 40 °C měřila rychlost, jakou směs hydrolyzuje.
Neish zjistila, že až 10 procent organických sloučenin, se kterými začala, reagovalo s kyslíkem z vody za vzniku komplexních organických molekul.
Zatímco Neishovo dílo bylo posouzeno jako hodné zveřejnění ve vědeckém časopise, má určité kritiky. James P. Ferris, profesor výzkumu na Rensselaer PolytechnicInstitute University, který řadu let studoval chemii atmosféry Titanu, nazývá její práci „chybnou“, protože k výrobě tholinů používala elektrický výboj, zatímco ty v atmosféře Titanu pravděpodobně generuje ultrafialové (UV) světlo a záření nabitých částic.
Ferris provedl experimenty se směsí plynů podobných atmosféře Titanu pomocí UV světla a říká: "Struktury sloučenin vytvořených výbojem se liší od struktur vytvořených UV fotolýzou, takže doba hydrolýzy může být velmi odlišná. Některé z fotochemických produktů [při UV záření isused] jsou uhlovodíky, které nereagují s vodou.“
Neish odpověděl, že elektrický neboli plazmový výboj „měl napodobovat interakce nabitých částic (což Ferris připouští, že jde o proces, který funguje na Titanu). Souhlasí s tím, že „UV záření produkuje tholiny, které vypadají spíše jako Titan'shaze“, ale poukazuje na to, že „některé, ne-li většina, produktů, které vyrábíme, také nereagují s vodou.“
Uznává, že její práce není ideální reprezentací chemie v atmosféře Titanu: „Tholiny vytvořené při nízkém tlaku vypadají, že ‚vypadají‘spíše jako opar na Titanu než ty, které se tvoří při vyšších tlacích. Tholiny můžete vyrobit při nízkých tlacích pomocí UV světla; tholiny vyrobit nemůžete. při nízkém tlaku pomocí plazmového výboje. A abychom vyrobili množství tholinů, které jsme potřebovali pro experiment, museli jsme použít techniku výboje. UV fotolýza produkuje jen malá množství.“
Další
Ferris, který nevěděl o Neishově práci, dokud jsme ho nekontaktovali, souhlasí s tím, že analýza výsledků hydrolýzy na vzorcích produkovaných UV světlem by byla „obtížnější kvůli malým vytvořeným vzorkům“.
Dalším problémem je, že Neish provedla hydrolýzu svých tholinů v čisté vodě, zatímco jakákoli voda přítomná na Titanu je pravděpodobně smíchána s amoniakem. Řekla nám, že nedávno dokončila další sadu experimentů s hydrolýzou za použití směsí amoniaku a vody, a očekává, že tyto výsledky brzy zveřejní.
I když Neishova práce není dokonalou reprezentací chemie na největším měsíci Saturnu, přesto naznačuje, že podobné procesy by mohly produkovat nevýznamné množství organických sloučenin během období, kdy je k dispozici kapalná voda.
Na Titanu to naznačuje, že prebiotické molekuly by mohly existovat v roztavené vodě z impaktních kráterů a ledových vulkánů. A k podobným procesům mohlo dojít na rané Zemi, než naše atmosféra obsahovala významné množství volného kyslíku.