من جامعة أريزونا
تم الإبلاغ عن أول دليل تجريبي يوضح كيف يمكن دمج النيتروجين في الغلاف الجوي في الجزيئات العضوية العضوية من قبل فريق جامعة أريزونا. تشير هذه النتيجة إلى الجزيئات العضوية التي يمكن العثور عليها على تيتان ، قمر زحل الذي يعتقد العلماء أنه نموذج للكيمياء في الأرض قبل الحياة.
قال هيروشي إيماناكا ، الذي أجرى البحث بينما كان عضوًا في قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية في جامعة كاليفورنيا ، إن الأرض وتيتان هما الجسمان الوحيدان المعروفان بحجم الكواكب ولديهما أجواء كثيفة من النيتروجين.
قال إيماناكا إن كيفية تحول الجزيئات العضوية المعقدة إلى النيتروجين في أماكن مثل الأرض المبكرة أو الغلاف الجوي لتيتان لغز كبير.
قالت إيماناكا ، وهي الآن عالمة أبحاث مساعدة في مختبر القمر والكواكب التابع لجامعة كاليفورنيا ، "إن تيتان مثيرة للاهتمام للغاية لأن غلافها الجوي الذي تسيطر عليه النيتروجين والكيمياء العضوية قد يعطينا فكرة عن أصل الحياة على كوكبنا". "النيتروجين عنصر أساسي في الحياة."
ومع ذلك ، لن تفعل أي النيتروجين فقط. يجب تحويل غاز النيتروجين إلى شكل أكثر نشاطًا كيميائيًا من النيتروجين يمكنه أن يحرك التفاعلات التي تشكل أساس الأنظمة البيولوجية.
قام كل من إيماناكا ومارك سميث بتحويل خليط غاز النيتروجين والميثان المشابه لجو تيتان إلى مجموعة من الجزيئات العضوية المحتوية على النيتروجين عن طريق تشعيع الغاز بأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة. تم تصميم المعمل لتقليد تأثير الإشعاع الشمسي على الغلاف الجوي لتيتان.
قال سميث ، أستاذ UA ورئيس الكيمياء والكيمياء الحيوية ، إن معظم النيتروجين انتقل مباشرة إلى مركبات صلبة ، وليس مركبات غازية. توقعت النماذج السابقة أن ينتقل النيتروجين من المركبات الغازية إلى المركبات الصلبة في عملية تدريجية طويلة.
يبدو تيتان برتقالي اللون لأن الضباب الدخاني من الجزيئات العضوية يلف الكوكب. وقالت إيماناكا ، وهي أيضًا باحث رئيسي في معهد SETI في ماونتن فيو ، كاليفورنيا ، إن الجسيمات في الضباب الدخاني ستستقر في النهاية على السطح وقد تتعرض لظروف يمكن أن تخلق الحياة.
ومع ذلك ، لا يعرف العلماء ما إذا كانت جزيئات الضباب الدخاني تيتان تحتوي على النيتروجين. وقال سميث أنه إذا كانت بعض الجزيئات هي نفس الجزيئات العضوية المحتوية على النيتروجين التي أنشأها فريق UA في المختبر ، فإن الظروف المواتية للحياة تكون أكثر احتمالا.
وقال سميث إن الملاحظات المعملية مثل هذه تشير إلى ما ينبغي أن تبحث عنه البعثات الفضائية المقبلة والأدوات التي يجب تطويرها للمساعدة في البحث.
من المقرر نشر ورقة إيماناكا وسميث ، "تكوين الهباء الجوي العضوي النيتروجيني في الغلاف الجوي العلوي من تيتان" ، في الإصدار المبكر عبر الإنترنت من وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الأسبوع الذي يبدأ في 28 يونيو. وقدمت وكالة ناسا تمويلًا للبحث.
أراد باحثو UA محاكاة الظروف في الغلاف الجوي العلوي الرفيع لتيتان لأن نتائج بعثة كاسيني أشارت إلى أن الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة التي تضرب الغلاف الجوي خلقت جزيئات عضوية معقدة.
لذلك ، استخدمت Imanaka and Smith مصدر الضوء المتقدم في جهاز التزامن في مختبر لورانس بيركلي الوطني في بيركلي ، كاليفورنيا. لتصوير ضوء الأشعة فوق البنفسجية عالي الطاقة في أسطوانة من الفولاذ المقاوم للصدأ تحتوي على غاز النيتروجين والميثان المحتفظ بهما عند ضغط منخفض جدًا.
استخدم الباحثون مطياف الكتلة لتحليل المواد الكيميائية الناتجة عن الإشعاع.
بسيطة على الرغم من أنها تبدو معقدة ، إعداد المعدات التجريبية أمر معقد. يجب أن يمر ضوء الأشعة فوق البنفسجية نفسه من خلال سلسلة من غرف التفريغ في طريقه إلى غرفة الغاز.
يرغب العديد من الباحثين في استخدام مصدر الضوء المتقدم ، لذا فإن المنافسة على الوقت على الجهاز شرسة. تم تخصيص Imanaka و Smith فترة زمنية واحدة أو اثنتين في السنة ، كل منها لمدة ثماني ساعات في اليوم لمدة خمسة إلى 10 أيام فقط.
في كل فترة زمنية ، كان على Imanaka و Smith أن يحزموا جميع المعدات التجريبية في شاحنة ، ويقودوا إلى Berkeley ، ويجهزون المعدات الدقيقة وينطلقون في سلسلة مكثفة من التجارب. عملوا في بعض الأحيان أكثر من 48 ساعة متواصلة للحصول على أقصى استفادة من وقتهم في مصدر الضوء المتقدم. استغرق الانتهاء من جميع التجارب اللازمة سنوات.
قالت إيماناكا: "إذا فاتنا برغي واحد فقط ، فإنه يفسد وقت شعاعنا".
في البداية ، قام فقط بتحليل الغازات من الاسطوانة. لكنه لم يكتشف أي مركبات عضوية تحتوي على النيتروجين.
اعتقدت إيماناكا وسميث أن هناك خطأ في الإعداد التجريبي ، لذلك قاما بتعديل النظام. ولكن لا يوجد حتى الآن النيتروجين.
قال إيماناكا ، مؤلف الصحيفة الأول: "لقد كان لغزا كبيرا". "أين ذهب النيتروجين؟"
وأخيرًا ، جمع الباحثان قطعًا من القمامة البنية التي تجمعت على جدار الأسطوانة وحللوها باستخدام ما أسمته إيماناكا "تقنية مطياف الكتلة الأكثر تعقيدًا".
قال إيماناكا ، "ثم وجدت النيتروجين أخيرًا!"
يشكك Imanaka و Smith في أن مثل هذه المركبات تتشكل في الغلاف الجوي العلوي ل Titan وتهبط في النهاية إلى سطح Titan. مرة واحدة على السطح ، فإنها تساهم في بيئة مواتية لتطور الحياة.
