Titano, La luna più grande di Saturno, è un laboratorio naturale per studiare le origini della vita. Come la Terra, Titano ha un'atmosfera densa e cicli meteorologici stagionali, ma la composizione chimica e mineralogica è significativamente diversa. Ora, ricercatori terrestri hanno ricreato le condizioni della luna in piccoli cilindri di vetro, rivelando le proprietà fondamentali di due molecole organiche che si ritiene esistano come minerali su Titano.

I ricercatori presenteranno oggi i loro risultati alla riunione autunnale dell'American Chemical Society (ACS).

"Le molecole organiche semplici che sono liquide sulla Terra sono tipicamente cristalli minerali ghiacciati solidi su Titano a causa delle sue temperature estremamente basse, fino a -290°F, "dice Tomče Runčevski, dottorato di ricerca, ricercatore principale del progetto. "Abbiamo scoperto che due delle molecole che potrebbero essere abbondanti su Titano, l'acetonitrile (ACN) e il propionitrile (PCN), si presentano prevalentemente in una forma cristallina che crea nano superfici altamente polari, che potrebbero servire come modelli per l'autoassemblaggio di altre molecole di interesse prebiotico".

La maggior parte di ciò che sappiamo ora su questo mondo ghiacciato è grazie alla missione Cassini-Huygens del 1997-2017 su Saturno e le sue lune. Da quella missione, gli scienziati sanno che Titano è un luogo interessante per studiare come è nata la vita. Come la Terra, Titano ha un'atmosfera densa, ma è principalmente costituito da azoto, con un tocco di metano. È l'unico corpo conosciuto nello spazio, altro che Terra, dove è stata trovata chiara evidenza di pozze stabili di liquido superficiale. Alimentato dall'energia del sole, Il campo magnetico di Saturno e i raggi cosmici, sia l'azoto che il metano reagiscono su Titano per produrre molecole organiche di varie dimensioni e complessità. Si ritiene che ACN e PCN siano presenti nella caratteristica foschia gialla della luna come aerosol, e piovono sulla superficie, depositandosi come solidi pezzi di minerali.

Le proprietà di queste molecole sulla Terra sono ben note, ma le loro caratteristiche in condizioni simili a quelle di Titano non sono state studiate fino ad ora. "Nel laboratorio, abbiamo ricreato le condizioni su Titano in minuscoli cilindri di vetro, " dice Runčevski. "In genere, introduciamo acqua, che si congela in ghiaccio mentre abbassiamo la temperatura per simulare l'atmosfera di Titano. Lo superiamo con l'etano, che diventa liquido, imitando i laghi di idrocarburi che Cassini-Huygens ha trovato." L'azoto viene aggiunto al cilindro, e ACN e PCN vengono introdotti per simulare le precipitazioni atmosferiche. I ricercatori quindi alzano e abbassano leggermente le temperature per imitare gli sbalzi di temperatura sulla superficie della luna.

I cristalli che si sono formati sono stati analizzati utilizzando la strumentazione di diffrazione di sincrotrone e neutrone, esperimenti spettroscopici e misure calorimetriche. Il lavoro, supportato da calcoli e simulazioni, coinvolto il team di Runčevski della Southern Methodist University, così come gli scienziati dell'Argonne National Laboratory, l'Istituto nazionale di standard e tecnologia, e Università di New York.

"La nostra ricerca ha rivelato molto sulle strutture dei ghiacci planetari prima sconosciute, " dice Runčevski. "Per esempio, abbiamo scoperto che una forma cristallina di PCN non si espande uniformemente lungo le sue tre dimensioni. Titano attraversa sbalzi di temperatura, e se l'espansione termica dei cristalli non è uniforme in tutte le direzioni, potrebbe causare la rottura della superficie lunare." Una conoscenza così dettagliata di questi minerali potrebbe aiutare il team a capire meglio com'è la superficie di Titano.

Runčevski sta ora preparando cristalli di ACN, PCN, e miscele ACN e PCN per ottenere spettri dettagliati. "Gli scienziati saranno quindi in grado di confrontare questi spettri noti con la libreria spettrale raccolta da Cassini-Huygens e assegnare bande non identificate, " dice. Gli studi aiuteranno a confermare la composizione minerale su Titano e probabilmente forniranno spunti per i ricercatori che lavorano su una prossima missione della NASA su Titano, lancio nel 2027.