Моделирование процессов в атмосфере Титана, спутника Сатурна, на основании данных миссии NASA «Кассини – Гюйгенс» показало, что в атмосфере этой планеты могут образовываться азотистые основания, являющиеся строительными блоками ДНК и РНК.
Титан – большая луна Сатурна – «похож на Землю, если смотреть через стекло». Его принято рассматривать как модель того, как когда-то выглядела наша родная планета. В строении атмосферы Титана также много общего с земной. Давление на поверхности небесного тела составляет около 1,4 атмосферы. Однако именно «похожесть» на Землю осложняет исследование спутника, издавна привлекавшего к себе внимание астрономов. Наличие «дымки» в атмосфере делает его невидимым телескопам, поэтому исследования совместной миссии NASA и ЕКА «Кассини – Гюйгенс», полученные с помощью ИК- и радиолокационных техник, играют особую роль в изучении Титана. 25 декабря 2004 года зонд «Гюйгенс» отделился от своего носителя и начал самостоятельное движение к Титану. 14 января 2005 года аппарат успешно вошел в атмосферу спутника и совершил посадку на его поверхность в районе Ксанаду. Приборы «Гюйгенса» передавали информацию на протяжении 147 мин. 13 с. спуска и еще 72 мин. 13 с. с поверхности спутника.
«Воздух» спутника почти полностью состоит из азота – как и окружающий нас воздух. Кроме того, в атмосфере содержится несколько процентов метана. Другие газы, в том числе кислород, найдены только в следовых количествах. Так как температура на поверхности Титана составляет 90К (-183 градуса по Цельсию), то и доминирующие в процессах вещества, естественно, другие. Вместо земного круговорота воды на Титане существует аналогичный по механизму круговорот метана. В атмосфере собираются метановые облака и идут метановые дожди.
На границе тропосферы температура достигает 75К, а стратосфера уже заметно теплее – сказывается влияние солнечной радиации, поглощаемой «смогом» (он играет роль земного озонового слоя). Именно наличие этой дымки делает невозможным наблюдение Титана в телескоп. Параллели между атмосферами Земли и Титана начали проводить еще в 1970-е годы, однако тогда исследования в этой области ограничивал недостаток данных.
На поверхности небесного тела заметны следы вулканической активности, получившей название «криовулканизм» (так как роль лавы играет вода). «Почва» спутника покрыта «песчаными» дюнами, однако природа «песка» пока не ясна: это могут быть как частички льда, так и «смола» углеводородов или нитрилов из осадков атмосферной дымки. На поверхности заметны большие озера из метана и этана и речные каналы, «вдавленные» в поверхность.
Исследуя Титан, ученые надеются пролить свет на ранние этапы истории Земли, формирование и эволюцию планетарных атмосфер.
Химии атмосферы Титана посвящен специальный выпуск Journal of Physical Chemistry A.
Данные миссии «Кассини – Гюйгенс» дали богатейший материал области знания, которая называется астрохимия. Астрохимики в своих исследованиях идут двумя путями. С одной стороны, они анализируют данные телескопов и космических аппаратов о веществах на далеких звездах и планетах. С другой стороны, используя теоретическое и лабораторное моделирование космических химических процессов, они пытаются описывать и предсказывать химическую эволюцию небесных тел.
Данные «Кассини» показали, что кроме азота и метана атмосфера Титана содержит этан, диацетилен, метилацетилен, цианоацетилен, ацетилен, пропан, углекислый газ, угарный газ, дициан и гелий. Углеводороды придают атмосфере оранжевый цвет (в частности, таков цвет неба, если смотреть с поверхности). Кроме того, в слое атмосферной «дымки» взаимодействие простейших углеводородов с ультрафиолетовым излучением ведет к возникновению довольно сложных органических веществ, некоторые из них содержат до семи атомов углерода.
Масс-спектрометр «Кассини» смог обнаружить присутствие в атмосфере даже такого сложного соединения, как бензол. Выявление ароматического соединения в атмосфере спутника натолкнуло ученых на мысль о том, что, возможно, в этих же условиях могу образовываться следовые количества гетероциклических ароматических соединений, которые являются «строительными блоками» для синтеза ДНК и необходимы для существования даже самой примитивной жизни.
Группа бразильских ученых провела моделирование процессов в аналогичном атмосфере Титана аэрозоле при воздействии на него мягкого рентгеновского излучения. Эксперимент проводился в вакуумированной камере. На начальном этапе смесь содержала несколько типов несложных органических молекул (в том числе нитрилы и ароматические соединения, присутствующие в атмосфере Титана). При облучении рентгеновским излучением (источник – Бразильский синхротронный центр) – в камере образовался оранжево-коричневый органический остаток. Он был исследован с помощью методов газовой хроматомасс-спектрометрии (GC/MS) и ядерного магнитного резонанса (1H NMR).
Аденозин - нуклеозид, состоящий из аденина и рибозы
Исследование состава смеси выявило присутствие в ней аденина – одного из пяти азотистых оснований, содержащихся в молекулах ДНК и РНК.
Таким образом, в атмосфере Титана возможно образование веществ-предвестников сложных биологических молекул. Ученые предполагают, что образование таких веществ – это одна из начальных стадий развития сложной органической жизни на Земле. Возможно, Титан стоит на пороге зарождения живых организмов. Конечно, учитывая жесткие условия существования, эта жизнь не будет похожа на земную.
