Из Университета Аризоны
О первых экспериментальных данных, показывающих, как атмосферный азот может быть включен в органические макромолекулы, сообщается командой Университета Аризоны. Находка показывает, какие органические молекулы могут быть найдены на Титане, луне Сатурна, что ученые считают моделью химии живой Земли.
Земля и Титан - единственные известные тела размером с планету, которые имеют толстые, преимущественно азотные атмосферы, сказал Хироши Иманака, который проводил исследование, будучи сотрудником химического и биохимического отдела UA.
По словам Иманаки, как сложные органические молекулы азотируются в таких местах, как ранняя Земля или атмосфера Титана, - большая загадка.
«Титан настолько интересен, потому что его атмосфера, в которой преобладает азот, и органическая химия могут дать нам подсказку о происхождении жизни на нашей Земле», - сказал Иманака, теперь ассистент-исследователь Лунной и планетарной лаборатории УА. «Азот является важным элементом жизни».
Однако не только азот подойдет. Газообразный азот должен быть преобразован в более химически активную форму азота, которая может стимулировать реакции, которые составляют основу биологических систем.
Иманака и Марк Смит преобразовали газовую смесь азота и метана, подобную атмосфере Титана, в совокупность азотсодержащих органических молекул, облучая газ ультрафиолетовыми лучами высокой энергии. Лабораторная установка была разработана, чтобы имитировать, как солнечная радиация влияет на атмосферу Титана.
По словам Смита, профессора из УА и главы химии и биохимии, большая часть азота переходит непосредственно в твердые соединения, а не в газообразные. Предыдущие модели предсказывали, что азот переместится из газообразных соединений в твердые в более длительном пошаговом процессе.
Титан выглядит оранжевого цвета, потому что смог органических молекул охватывает планету. По словам Иманаки, который также является главным исследователем в Институте SETI в Маунтин-Вью, Калифорния, частицы в смоге со временем оседают на поверхность и могут подвергаться воздействию условий, которые могут создать жизнь.
Однако ученые не знают, содержат ли частицы смога Титана азот. По словам Смита, если некоторые частицы представляют собой те же самые азотсодержащие органические молекулы, которые команда UA создала в лаборатории, условия, благоприятствующие жизни, более вероятны.
По словам Смита, лабораторные наблюдения, подобные этим, показывают, что должны искать следующие космические миссии и какие инструменты следует разрабатывать, чтобы помочь в поиске.
Статья Иманаки и Смита «Образование азотсодержащих органических аэрозолей в верхних слоях атмосферы Титана» планируется опубликовать в раннем онлайн-издании «Трудов Национальной академии наук» на неделе 28 июня. НАСА предоставило финансирование для проведения исследований.
Исследователи из UA хотели смоделировать условия в тонкой верхней атмосфере Титана, потому что результаты миссии Cassini показали, что «экстремальное ультрафиолетовое» излучение, попадающее в атмосферу, создает сложные органические молекулы.
Поэтому Иманака и Смит использовали усовершенствованный источник света в синхротоне Национальной лаборатории им. Лоуренса Беркли в Беркли, Калифорния, чтобы снимать ультрафиолетовый свет высокой энергии в цилиндр из нержавеющей стали, содержащий газообразный азот и метан, который держится под очень низким давлением.
Исследователи использовали масс-спектрометр для анализа химических веществ, возникающих в результате излучения.
Это звучит просто, но установка экспериментального оборудования сложна. Сам ультрафиолетовый свет должен проходить через ряд вакуумных камер на пути в газовую камеру.
Многие исследователи хотят использовать усовершенствованный источник света, поэтому конкуренция за время на приборе является жесткой. Иманаке и Смиту выделялись один или два временных интервала в год, каждый из которых был по восемь часов в день всего от пяти до 10 дней.
Для каждого временного интервала Иманака и Смит должны были упаковать все экспериментальное оборудование в фургон, поехать в Беркли, установить деликатное оборудование и начать серию интенсивных экспериментов. Иногда они работали более 48 часов подряд, чтобы максимально использовать свое время на усовершенствованном источнике света. Выполнение всех необходимых экспериментов заняло годы.
Иманака сказал, что это нервирует, «если мы пропустим только один винт, это испортит время нашего луча».
В начале он анализировал только газы из цилиндра. Но он не обнаружил никаких азотсодержащих органических соединений.
Иманака и Смит подумали, что в экспериментальной установке что-то не так, поэтому они настроили систему. Но до сих пор нет азота.
«Это была настоящая загадка», - сказал Иманака, первый автор газеты. «Куда ушел азот?»
Наконец, два исследователя собрали куски коричневого мусора, которые собрались на стенке цилиндра, и проанализировали их с помощью того, что Иманака назвал «самой сложной техникой масс-спектрометра».
Иманака сказал: «Тогда я наконец нашел азот!»
Иманака и Смит подозревают, что такие соединения образуются в верхних слоях атмосферы Титана и в конечном итоге попадают на поверхность Титана. Оказавшись на поверхности, они способствуют созданию среды, способствующей эволюции жизни.
