La luna più grande di Saturno, Titano, è un focolaio di molecole organiche, che ospita una zuppa di idrocarburi complessi simile a quella che si pensava fosse esistita oltre quattro miliardi di anni fa sulla Terra primordiale. superficie di Titano, però, è in un congelatore a -179 gradi Celsius (-290 gradi Fahrenheit, o 94 Kelvin). La vita come la conosciamo non può esistere sulla superficie gelida della luna.

nel profondo sottosuolo, però, è un'altra cosa. Le misurazioni della gravità effettuate durante i sorvoli della navicella spaziale Cassini della NASA hanno rivelato che Titano contiene un oceano sotto il suo guscio di ghiaccio, e dentro questo oceano, condizioni sono potenzialmente adatte alla vita.

Un team finanziato dalla NAI guidato da ricercatori del Jet Propulsion Laboratory della NASA sta cercando di comprendere meglio il potenziale della vita nell'oceano di Titano, e la sua possibile relazione con le molecole organiche nell'atmosfera della luna e sulla sua superficie. La ricca diversità di molecole organiche di Titano è un prodotto della luce ultravioletta del Sole che avvia reazioni chimiche con i gas dominanti nell'atmosfera di Titano:idrogeno, metano e azoto. Gli idrocarburi complessi risultanti potrebbero essere i mattoni della vita, o fornire nutrienti chimici per la vita, e nel suo oceano Titano ospita un potenziale habitat per quella vita.

Guidati da Rosaly Lopes del JPL, i quattro obiettivi chiave del team NAI sono determinare come queste molecole organiche vengono trasportate tra l'atmosfera, la superficie e l'oceano, quali processi poi si verificano all'interno dell'oceano per renderlo abitabile, quali biofirme produce poi la vita oceanica, e infine come quelle biofirme vengono poi trasportate di nuovo in superficie, dove potrebbero essere rilevati.

Pianificazione del progetto

Il progetto, che è stato finanziato dalla NAI per cinque anni fino ad aprile 2023, è organizzato attorno ai percorsi che le molecole organiche e le biofirme prendono attraverso l'atmosfera e il guscio di ghiaccio che circonda l'oceano.

Il team conta attualmente 30 membri sparsi in diverse istituzioni. "Sotto ogni obiettivo abbiamo diverse indagini, e ogni indagine ha un investigatore capo, " dice Lopes. Ogni indagine funziona secondo un programma, in modo che i risultati prodotti dalle indagini sul primo obiettivo - il trasporto di molecole organiche - possano alimentare gli studi negli obiettivi successivi.

"La nostra scienza sta seguendo le molecole organiche nel loro percorso dalla cima dell'atmosfera dove vengono costruite, giù attraverso la crosta e nell'oceano, e se c'è biologia che sta accadendo laggiù, come queste sostanze organiche risalgono in superficie e diventano visibili, " afferma il geochimico e vice ricercatore principale del progetto, Mike Malaska del JPL.

Obiettivo 1:Trasporto

I primi risultati scientifici del progetto sono arrivati ​​da Conor Nixon e dal suo team della NASA Goddard, che hanno utilizzato l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Cile per studiare il contenuto chimico dell'atmosfera di Titano. Sapere esattamente quali specie molecolari si trovano nell'atmosfera consente ai ricercatori di costruire un modello fotochimico completo dell'atmosfera che pone le basi per comprendere quali sostanze organiche sono in grado di raggiungere la superficie e potenzialmente entrare nell'oceano.

Gran parte della nostra conoscenza dell'atmosfera di Titano proviene dalla sonda Cassini, in particolare lo strumento spettrometro a infrarossi CIRS. Però, dice Nixon, alcune specie molecolari erano troppo deboli nell'infrarosso per essere rilevate dal CIRS, ma sono molto più brillanti per ALMA. In particolare, Nixon cita diverse molecole di cianuro, CH3CN, C2H3CN e C2H5CN, che sono le principali molecole contenenti azoto nell'atmosfera di Titano che ALMA è stata in grado di rilevare. Nel frattempo, ci sono molte altre specie molecolari che sono state rilevate sia da Cassini che da ALMA. Quest'ultimo ha rilevato variazioni spaziali nelle tracce di gas organici creati dalla disgregazione del metano e dell'azoto molecolare da parte della luce ultravioletta solare. Quando questi gas in traccia si spostano attraverso l'atmosfera verso la superficie, possono reagire con altre molecole organiche per formare sostanze organiche sempre più complesse. La variazione spaziale osservata può quindi avere un impatto sull'abbondanza e sui tipi di sostanze organiche sulla superficie, e quali sostanze organiche sono vicine ai percorsi nel sottosuolo.

Cassini osservò Titano per mezzo anno saturniano, dall'inverno settentrionale all'estate settentrionale; ora che la missione Cassini è terminata, ALMA sarà in grado di osservare come cambia l'atmosfera durante il resto dell'anno di Saturno e Titano e come cambia con essa l'abbondanza di molecole organiche. Per esempio, l'analisi dei dati di Cassini da parte del team NAI ha trovato variazioni stagionali negli idrocarburi C3Hx come propano e propino nella stratosfera di Titano.

Le restanti indagini nell'ambito dell'Obiettivo 1 riguardano la comprensione di come le molecole vengono trasportate attraverso la superficie dopo essere precipitate fuori dall'atmosfera, che è un compito guidato dal gruppo di Alex Hayes alla Cornell University. Il passo successivo è capire come le sostanze organiche vengono modificate in superficie, e poi come vengono spostati dalla superficie all'oceano.

Quest'ultima domanda ha prodotto una possibilità sorprendente. Uno dei principali risultati del progetto finora è un articolo di Kelly Miller, Hunter Waite e il membro del team NAI Christopher Glein del Southwest Research Institute in Texas, che propone che l'atmosfera di azoto di Titano abbia origine da molecole organiche che sono state intrappolate all'interno di Titano quando si è formata la luna, e il successivo riscaldamento di questi gas liberava azoto che filtrava fino in superficie. Ai fini del progetto NAI, suggerisce che ci sono già sostanze organiche all'interno di Titano che potrebbero entrare nell'oceano dal basso, quindi, anche se le sostanze organiche non possono raggiungere l'oceano dalla superficie, l'oceano potrebbe ancora contenere gli elementi costitutivi della vita.

"Queste sostanze organiche potrebbero effettivamente essere in grado di filtrare attraverso il criovulcanesimo, "dice Lopes, creando anche una possibile origine per alcune delle sostanze organiche sulla superficie di Titano.

Obiettivo 2:Abitabilità

Se esistono percorsi per il passaggio degli organici attraverso il guscio di ghiaccio dalla superficie all'oceano sottostante, quindi il passo successivo è capire se l'oceano, o ovunque nel ghiaccio durante il viaggio verso l'oceano, è potenzialmente abitabile. Qui è dove i biologi del team, studiare l'alta pressione, organismi tolleranti al freddo, entrare in gioco.

Prima che ciò possa essere fatto, c'è da sapere di più sull'oceano. Sebbene Cassini abbia confermato che l'oceano esiste tramite misurazioni della gravità, "Quello che non sappiamo è l'esatta composizione dell'oceano, la sua densità, il suo profilo termico, la struttura complessiva della crosta ghiacciata sopra di essa, "dice Malaska.

Per comprendere meglio l'oceano e la sua potenziale abitabilità, i ricercatori del team iniziano con diverse possibili composizioni che ci si potrebbe ragionevolmente aspettare che esistano, e lavorare all'indietro, sviluppo di modelli teorici.

Sebbene possa essere impossibile esplorare direttamente il profondo sottosuolo o l'oceano di Titano, il team NAI intende utilizzare sia modelli teorici che esperimenti di laboratorio per simulare le possibili condizioni, per comprendere meglio l'interfaccia tra il guscio di ghiaccio e l'oceano, e l'oceano con il nucleo roccioso, e il flusso di ossidanti e riducenti a queste interfacce che potrebbero supportare i microbi.

Obiettivo 3:Vita

Perché la vita possa esistere dentro o vicino all'oceano di Titano, ci deve essere una fonte di energia chimica da metabolizzare. Basandosi sul lavoro svolto negli obiettivi 1 e 2 relativi a quali sostanze organiche raggiungono l'oceano e com'è l'ambiente dell'oceano, il team sarà quindi in grado di costruire modelli teorici di quanta energia è disponibile nell'oceano, così come i possibili metabolismo che potrebbero esistere in quelle condizioni, per valutare la probabilità che la vita possa sopravvivere lì.

Supponendo che l'oceano sia abitabile, con fonti di energia chimica e un sano apporto di sostanze organiche, l'ambiente ad alta pressione e bassa temperatura può limitare la varietà di forme di vita che potrebbero esistere lì. Però, un organismo terrestre che il team sta prendendo in considerazione come esempio adatto è Pelobacter acetylenicus , che può sopravvivere con l'acetilene come unica fonte di energia metabolica e carbonio.

"Il nostro obiettivo è pensare a Pelobacter acetylenicus come organismo modello, qualcosa che potrebbe esistere nel profondo sottosuolo di Titano, " dice Malaska. Saranno condotti esperimenti di laboratorio, mettendo microbi come Pelobacter acetylenicus in ambienti simulati descritti dalla suddetta modellazione teorica per vedere se i microbi possono prosperare in essi, per imparare come si adattano per sopravvivere, e quali nuovi tipi di biomolecole potrebbero derivare da questi adattamenti. Queste biomolecole possono quindi lasciare dietro di sé biofirme, tracce molecolari di vita.

Però, mentre la possibile esistenza della vita nell'oceano di Titano va benissimo, dobbiamo anche essere in grado di rilevare quella vita attraverso le biofirme. Capire quali biomarcatori potrebbe lasciare la vita è quindi la seconda parte dell'Obiettivo 3, e sarà prodotto un database di potenziali firme biologiche, compresi gli isotopi del carbonio, azoto e ossigeno, così come le strutture biologiche come i lipidi nelle membrane cellulari.

Obiettivo 4:Rilevamento

Certo, se le firme biologiche rimangono nell'oceano, saranno impossibili da rilevare dall'orbita o sulla superficie. Perciò, l'obiettivo finale è cercare i mezzi attraverso i quali quelle biofirme possono essere trasportate in superficie, l'inverso della parte dell'Obiettivo 1 che ha esplorato i modi in cui gli organici potrebbero raggiungere l'oceano dalla superficie.

È probabile che i principali mezzi di trasporto siano convettivi (cioè più caldi, fangoso) ghiaccio che sale verso l'alto, o forse criovulcanesimo.

"Il metano nell'atmosfera viene distrutto dalla luce ultravioletta, quindi ci deve essere un po' di rifornimento, " sottolinea Lopes. "E potrebbe esserci ancora un degassamento".

Sebbene nessun criovulcanesimo attivo sia stato ancora rilevato su Titano, diverse caratteristiche sulla superficie sono state identificate come potenzialmente criovulcaniche. "Stiamo già studiando i modi teorici in cui il criovulcanesimo può trasportare materiale, "dice Lopes, in previsione di quando saranno disponibili i risultati dell'obiettivo 3.

Il trasporto in superficie potrebbe anche creare ambienti abitabili lungo il percorso. Quando Mike Malaska si riferisce al sottosuolo profondo, non intende solo l'oceano, ma serbatoi che potrebbero anche esistere in tasche lungo i percorsi che il materiale organico prende dentro e fuori dal guscio di ghiaccio. In particolare, lui dice, tra 7 e 30 chilometri sotto la superficie, al confine tra il rigido, ghiaccio fragile e il più duttile, ghiaccio più morbido, dove le temperature e le pressioni sarebbero in qualche modo simili a 2 o 3 chilometri sotto l'Antartide, potrebbero esistere piccoli spazi tra i grani di ghiaccio del guscio di ghiaccio dove microbi come Pelobacter acetylenicus potrebbe prosperare. Essere più vicini alla superficie rispetto al guscio di ghiaccio potrebbe anche significare che i biomarcatori risultanti da queste sacche di vita nel sottosuolo potrebbero raggiungere la superficie più facilmente.

Solleva anche la questione di come le firme biologiche potrebbero essere alterate chimicamente mentre salgono attraverso i percorsi nel guscio di ghiaccio, incontrando ambienti diversi:acqua liquida, ghiaccio fangoso, e ghiaccio solido, che avrebbe quindi un impatto su ciò che potremmo aspettarci di rilevare sulla superficie. Finalmente, una volta che raggiungono la superficie, in che modo le future missioni su Titano rileveranno questi biomarcatori? L'obiettivo finale dell'indagine è dipingere un'immagine di una potenziale biosfera su Titano, in modo che gli scienziati sappiano cosa cercare, e cosa progettare strumenti per rilevare, quando torneremo su Titano.

"Questo è il nostro grande obiettivo, cercare di valutare Titan come un sistema potenzialmente abitabile, " dice Malaska. "Creeremo un elenco di potenziali biomarcatori e cercheremo di indicare dove sulla superficie potrebbe essere un buon posto per cercarli".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione dell'Astrobiology Magazine della NASA. Esplora la Terra e oltre su www.astrobio.net.