Laghi e mari di metano liquido, pioggia da nuvole di idrocarburi, e le prove di acido cianidrico velenoso nell'atmosfera di Titano erano solo alcune delle scoperte fatte dalla sonda Cassini sulla più grande luna di Saturno.

La sonda spaziale ha ora compiuto il suo ultimo passaggio su Titano mentre si dirige verso il suo gran finale tuffo nel pianeta ad anelli alla fine di questa settimana.

Soprannominato il "bacio d'arrivederci" di Cassini dalla NASA, Titano è stato oggetto di molte analisi da parte della sonda, con 127 passaggi ravvicinati durante la sua missione di 13 anni esplorando il sistema planetario.

Una delle più grandi imprese di Cassini è il suo contributo a districare la complicata chimica di Titano, senza dubbio uno degli oggetti chimicamente più diversi nel nostro Sistema Solare.

Sappiamo da tempo che la combinazione dei raggi ultravioletti del Sole e del bombardamento di particelle ha alterato nel tempo l'atmosfera principalmente di azoto e metano.

Questa chimica ha sostenuto una fitta, strato di smog arancione che circonda tutto il corpo, avvolgere gli oceani e il paesaggio di Titano dalla vista prima dell'arrivo di Cassini.

Titano sondante

Con il kit di strumenti di rilevamento avanzato di Cassini – combinato con il campionamento atmosferico da parte della sonda Huygens durante la sua discesa in superficie del 2005 – la missione ha sviluppato un quadro completo della chimica di Titano.

intrigante, oltre alle centinaia di molecole contabilizzate, I modelli chimici sviluppati qui sulla Terra che incorporano i dati di Cassini prevedono l'esistenza di materiale ancora più complesso.

Di potenziale importanza per la biochimica, queste molecole sono sfuggite all'osservazione durante la missione Cassini relativamente breve, essere fuori vista o presente a livelli inferiori ai limiti di rilevamento dell'apparecchiatura.

Anche se si sono formate solo in piccole quantità nell'atmosfera, è plausibile che queste specie portatrici di vita si siano accumulate sulla superficie nel corso della storia di Titano. Quindi cosa sono queste sostanze chimiche e come si formano?

Neve di cianuro

A differenza della Terra, gli atomi di ossigeno sono piuttosto scarsi nell'atmosfera di Titano. L'acqua è bloccata come ghiaccio superficiale e non sembrano esserci abbondanti fonti di gas O₂.

Al posto dell'ossigeno, vediamo che l'azoto gioca un ruolo più significativo nella chimica atmosferica di Titano.

Qui, prodotti comuni delle reazioni dell'azoto sono la famiglia di composti del cianuro, di cui l'acido cianidrico (HCN) è il più semplice e abbondante.

Poiché il numero di molecole di cianuro si accumula a livelli inferiori, altitudini più fredde formano strati nuvolosi di grandi polimeri flosci (tholin) e aerosol di ghiaccio in erba.

Quando gli aerosol scendono in superficie, gusci di metano e ghiaccio etano formano ulteriori strati all'esterno. Questo agisce per proteggere il materiale organico interno durante la sua discesa in superficie prima di essere disperso nei laghi e nei mari di idrocarburi.

Sorprendentemente sono questi composti di cianuro, sostanze chimiche strettamente associate alla tossicità e alla morte delle forme di vita terrestri, che potrebbero effettivamente fornire strade per la formazione di biomolecole portatrici di vita negli ambienti spaziali.

Alcune simulazioni prevedono che i cianuri intrappolati nei ghiacci ed esposti alle radiazioni spaziali possono portare alla sintesi di amminoacidi e strutture a base di DNA, gli elementi costitutivi della vita sulla Terra.

Eccitato da queste previsioni e dalle loro implicazioni per l'astrobiologia, i chimici si sono affrettati ad esplorare queste reazioni in laboratorio.

Esperimenti al sincrotrone:Titan-in-a-can

I nostri contributi all'astrochimica si sono concentrati sulla simulazione dell'atmosfera di Titano e della sua foschia di cianuro.

Con una cella a gas specializzata installata presso il sincrotrone australiano, siamo in grado di replicare le basse temperature associate agli strati di nubi di Titano.

Iniettando cianuri (la varietà più amichevole) nella nostra cellula possiamo determinare le dimensioni, struttura e densità degli aerosol di Titano man mano che crescono nel tempo; sondando con luce infrarossa dalla struttura.

Questi risultati ci hanno fornito un elenco di firme per le quali possiamo localizzare aerosol di cianuro usando l'astronomia a infrarossi.

Il prossimo passo sarà seminare questi aerosol con specie organiche per determinare se possono essere identificati in atmosfere extraterrestri.

Forse questi segnali fungeranno da faro per future esplorazioni progettate per cercare materiale organico complesso in luoghi spaziali più remoti, potenzialmente anche sugli esopianeti "giganti della Terra" in sistemi stellari lontani.

La vita fuori dalla Terra

Lo spazio ci offre una prospettiva unica per voltare indietro le pagine della chimica. Tra i pianeti, lune e stelle - e il non proprio vuoto tra - possiamo studiare le reazioni iniziali che si pensa abbiano avviato la chimica qui sulla Terra.

Utilizzando telescopi sempre più sensibili e veicoli spaziali avanzati, abbiamo scoperto vivai chimici - sacche di gas e ghiaccio esercitate dalle radiazioni spaziali dure - nel nostro Sistema Solare e oltre.

così freddo, oggetti ghiacciati come Titano, le lune di Giove, Oggetti transnettuniani (come Plutone e altri corpi minori nella fascia di Kuiper e oltre), così come microscopiche particelle di polvere interstellare, tutti generano molecole organiche di ordine superiore da semplici ingredienti chimici.

Per quanto ne sappiamo, la mancanza di calore e acqua liquida impedisce alla vita di esistere in questi mondi.

Però, possiamo cercare indizi sulle origini della vita su una Terra primitiva. Sono state trasportate sostanze chimiche vitali tramite l'impatto di una cometa, o fatti in casa vicino alle prime coste oceaniche o ai vulcani del mare profondo? L'osservazione della chimica di oggetti lontani potrebbe un giorno fornire le risposte.

Queste incursioni nella nostra storia chimica sono state rese possibili dai passi significativi che abbiamo compiuto nella nostra esplorazione dello spazio, tra cui, come fulgido esempio, il clamoroso successo dell'esplorazione di Titano da parte di Cassini.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.