Oltre la Terra, il consenso scientifico generale è che il posto migliore per cercare prove di vita extraterrestre sia Marte. Però, non è affatto l'unico posto. A parte i molti pianeti extrasolari che sono stati designati come "potenzialmente abitabili, "Ci sono molti altri candidati proprio qui nel nostro sistema solare. Questi includono i molti satelliti ghiacciati che si pensa abbiano oceani interni che potrebbero ospitare la vita.

Tra questi c'è Titano, La più grande luna di Saturno che ha tutti i tipi di chimica organica che si svolgono tra la sua atmosfera e la superficie. Per un po 'di tempo, gli scienziati hanno sospettato che lo studio dell'atmosfera di Titano potesse fornire indizi vitali sulle prime fasi dell'evoluzione della vita sulla Terra. Grazie alla nuova ricerca condotta dal colosso tecnologico IBM, un team di ricercatori è riuscito a ricreare le condizioni atmosferiche su Titano in un laboratorio.

La loro ricerca è descritta in un articolo intitolato "Imaging Titan's Organic Haze at Atomic Scale, " apparso di recente nel numero del 12 febbraio di Le Lettere del Giornale Astrofisico . Il team di ricerca era guidato dal Dr. Fabian Schulz e dal Dr. Julien Maillard e comprendeva molti colleghi di IBM Research-Zurich, l'Università di Paris-Saclay, l'Università di Rouen a Mont-Saint-Aignan, e Fritz Haber Institute della Max Planck Society.

Molto di ciò che sappiamo oggi su Titano è dovuto alla sonda Cassini, che ha orbitato attorno a Saturno dal 2004 al 2017 e ha terminato la sua missione immergendosi nell'atmosfera di Saturno. Durante questo periodo, Cassini ha condotto molte misurazioni dirette dell'atmosfera di Titano, rivelando un ambiente sorprendentemente simile alla Terra. Fondamentalmente, Titano è l'unico altro corpo nel sistema solare che ha una densa atmosfera di azoto e processi organici in corso.

Ciò che è particolarmente interessante è il fatto che gli scienziati ritengono che circa 2,8 miliardi di anni fa, L'atmosfera terrestre potrebbe essere stata simile. Questo coincide con l'era mesoarchea, un periodo in cui i cianobatteri fotosintetici hanno creato i primi sistemi di barriera corallina e hanno lentamente convertito l'anidride carbonica atmosferica della Terra in gas ossigeno (portando infine al suo attuale equilibrio di azoto e ossigeno).

Mentre si crede che la superficie di Titano contenga indizi che potrebbero migliorare la nostra comprensione di come è emersa la vita nel nostro sistema solare, avere uno sguardo chiaro su quella superficie è stato un problema. La ragione di ciò ha a che fare con l'atmosfera di Titano, che è permeato da una densa foschia fotochimica che disperde la luce. Come hanno spiegato Leo Gross e Nathalie Carrasco (coautori dello studio) in un recente articolo pubblicato su IBM Research Blog:

"La foschia di Titano è costituita da nanoparticelle costituite da un'ampia varietà di grandi e complesse molecole organiche contenenti carbonio, idrogeno e azoto. Queste molecole si formano in una cascata di reazioni chimiche quando la radiazione (ultravioletta e cosmica) colpisce la miscela di metano, azoto e altri gas in atmosfere come quella di Titano".

Di conseguenza, c'è ancora molto che gli scienziati non sanno sui processi che guidano l'atmosfera di Titano, che include l'esatta struttura chimica delle grandi molecole che compongono questa foschia. Per decenni, gli astrochimici hanno condotto esperimenti di laboratorio con molecole organiche simili note come toline, un termine derivato dalla parola greca per "fangoso" (o "nebuloso").

I tolini si riferiscono a un'ampia varietà di composti organici contenenti carbonio che si formano quando esposti ai raggi solari UV o cosmici. Queste molecole sono comuni nel sistema solare esterno e si trovano tipicamente nei corpi ghiacciati, dove lo strato superficiale contiene ghiaccio di metano esposto alle radiazioni. La loro presenza è indicata da superfici che hanno un aspetto rubicondo, o come se avessero macchie color seppia.

Per il loro studio, il team guidato da Schulz e Maillard ha condotto un esperimento in cui hanno osservato le toline in vari stadi di formazione in un ambiente di laboratorio. Come hanno spiegato Gross e Carrasco:

"Abbiamo allagato un recipiente di acciaio inossidabile con una miscela di metano e azoto e poi abbiamo innescato reazioni chimiche attraverso una scarica elettrica, imitando così le condizioni nell'atmosfera di Titano. Abbiamo quindi analizzato oltre 100 molecole risultanti che compongono le toline di Titano nel nostro laboratorio a Zurigo, ottenere immagini a risoluzione atomica di circa una dozzina di essi con il nostro microscopio a forza atomica a bassa temperatura costruito in casa".

Risolvendo molecole di diverse dimensioni, al team sono stati forniti scorci delle diverse fasi attraverso le quali crescono queste molecole di foschia, così come l'aspetto della loro composizione chimica. In sostanza, hanno osservato un componente chiave nell'atmosfera di Titano mentre si formava e si accumulava per creare il famoso effetto nebuloso di Titano. Disse Conor A. Nixon, un ricercatore del Goddard Space Flight Center della NASA (che non era affiliato allo studio):"Questo documento mostra un nuovo lavoro innovativo nell'uso della microscopia su scala atomica per studiare le strutture di complessi, molecole organiche a più anelli. L'analisi tipica dei composti generati in laboratorio utilizzando tecniche come la spettroscopia di massa rivela le proporzioni relative dei vari elementi, ma non il legame chimico e la struttura.

"Per questa prima volta qui, vediamo l'architettura molecolare di composti sintetici simili a quelli che si pensa causino la foschia arancione dell'atmosfera di Titano. Questa applicazione ora fornisce un nuovo ed entusiasmante strumento per l'analisi dei campioni di materiali astrobiologici, compresi meteoriti e campioni restituiti da corpi planetari".

Cosa c'è di più, i loro risultati potrebbero anche far luce sul misterioso ciclo idrologico a base di metano di Titano. Sulla terra, questo ciclo è costituito dall'acqua di transizione tra uno stato gassoso (vapore acqueo) e uno stato liquido (pioggia e acque superficiali). su Titano, lo stesso ciclo avviene con il metano, che passa dal gas metano atmosferico e cade sotto forma di pioggia di metano per formare i famosi laghi di idrocarburi di Titano.

In questo caso, i risultati del team di ricerca potrebbero rivelare il ruolo che la foschia chimica gioca nel ciclo del metano di Titano, compreso se queste nanoparticelle possono galleggiare sui suoi laghi di metano. Per di più, questi risultati potrebbero rivelare se aerosol atmosferici simili hanno aiutato o meno la vita a emergere sulla Terra miliardi di anni fa.

"Le strutture molecolari che abbiamo ora ripreso sono note per essere buoni assorbitori di luce ultravioletta, " descrissero Gross e Carrasco. "Che, a sua volta, significa che la foschia potrebbe aver agito come uno scudo proteggendo le molecole di DNA sulla superficie della Terra primitiva dalle radiazioni dannose".

Se questa teoria è corretta, le scoperte del team non solo aiuterebbero gli scienziati a comprendere le condizioni in cui la vita è emersa qui sulla Terra, potrebbero anche indicare la possibile esistenza di vita su Titano. La natura misteriosa di questo satellite è qualcosa di cui gli scienziati sono venuti a conoscenza per la prima volta nei primi anni '80, quando le sonde spaziali Voyager 1 e 2 hanno entrambe sorvolato il sistema di Saturno. Da allora, gli scienziati hanno messo insieme

Entro il 2030, La NASA prevede di inviare un velivolo robotico chiamato Dragonfly su Titano per esplorarne la superficie e l'atmosfera e cercare possibili segni di vita. Come sempre, il lavoro teorico e gli esperimenti di laboratorio eseguiti nel frattempo consentiranno agli scienziati di restringere l'attenzione e aumentare le probabilità che la missione (una volta arrivata) trovi ciò che sta cercando.