Los experimentos de Titán en un vaso indican la composición mineral de la luna de Saturno

Titán, la luna más grande de Saturno, es un laboratorio natural para estudiar los orígenes de la vida. Como la Tierra, Titán tiene una atmósfera densa y ciclos climáticos estacionales, pero su composición química y mineral es significativamente diferente. Ahora, los investigadores de la Tierra han recreado las condiciones de la Luna en pequeños cilindros de vidrio, revelando las propiedades fundamentales de dos moléculas orgánicas que se cree que existen como minerales en Titán.

Los investigadores presentarán sus hallazgos hoy en la reunión de otoño de la American Chemical Society (ACS).

«básico moléculas orgánicas Los que son líquidos en la Tierra suelen ser cristales minerales helados que son sólidos en Titán debido a su extrema intensidad. temperaturas bajas, hasta -290 grados Fahrenheit ”, dice Tomče Runčevski, investigador principal del proyecto. Encontramos que dos moléculas potencialmente abundantes en Titán, acetonitrilo (ACN) y propionitrilo (PCN), ocurren predominantemente en una forma de cristal que crea nano superficies con alta polaridad, que pueden servir como plantillas para el autoensamblaje de otras moléculas de vital importancia «.

Gran parte de lo que sabemos ahora sobre este mundo helado se debe a la misión Cassini-Huygens de 1997-2017 a Saturno y sus lunas. A través de esa misión, los científicos saben que Titán es un lugar atractivo para estudiar cómo surgió la vida. Como la Tierra, Titán tiene una atmósfera densa, pero se compone principalmente de nitrógeno, con un toque de metano. Es el único cuerpo conocido en el espacio, además de la Tierra, donde se ha encontrado evidencia clara de charcos estables de líquido superficial. Tanto el nitrógeno como el metano reaccionan en Titán para producir moléculas orgánicas de diferentes tamaños y complejidades, impulsadas por la energía solar, el campo magnético de Saturno y los rayos cósmicos. Se cree que el ACN y el PCN están presentes en la característica neblina amarilla de la luna en forma de aerosoles, que caen a la superficie y se depositan como trozos sólidos de minerales.

Las propiedades de estas moléculas en la Tierra son bien conocidas, pero sus propiedades en condiciones similares a las de Titán no se han estudiado hasta ahora. «En el laboratorio, hemos recreado las condiciones de Titán en pequeños cilindros de vidrio», dice Runčevski. «Por lo general, introducimos agua, que se congela en hielo a medida que bajamos la temperatura para simular la atmósfera de Titán. Completamos eso con etano, que se convierte en líquido, simulando los lagos de hidrocarburos que encontró Cassini-Huygens». Se agrega nitrógeno al cilindro y se introducen ACN y PCN para simular la precipitación atmosférica. Luego, los investigadores suben y bajan ligeramente las temperaturas para imitar las fluctuaciones de temperatura en la superficie de la luna.

Los cristales formados se analizaron mediante sincrotrón, difracción de neutrones, experimentos espectroscópicos y calorimetría. Con el apoyo de cálculos y simulaciones, el trabajo involucró al equipo de Runčevski de la Universidad Metodista del Sur, así como a científicos del Laboratorio Nacional Argonne, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y la Universidad de Nueva York.

«Nuestra investigación ha revelado mucho sobre estructuras de hielo planetario previamente desconocidas», dice Runčevski. «Por ejemplo, encontramos que una forma monocristalina de PCN no se expande uniformemente a lo largo de sus tres dimensiones. Titán pasa por fluctuaciones de temperatura, y si la expansión térmica de los cristales es irregular en todas las direcciones, esto puede causar que la superficie de la Luna «. Este conocimiento detallado de estos minerales ayudaría al equipo a comprender mejor cómo sería la superficie de Titán.

Runčevski ahora está preparando cristales a partir de mezclas de ACN, PCN, ACN y PCN para obtener espectros detallados. «Los científicos podrán comparar estos espectros conocidos con la biblioteca espectral recopilada por Cassini-Huygens y asignar bandas no identificadas», dice. Los estudios ayudarán a confirmar la composición mineral en Titán y es probable que proporcionen información para los investigadores que trabajan en la próxima misión de la NASA a Titán, que se lanzará en 2027.

más información:
Nitrilo simple como metal criogénico putativo en Titán, la luna de Saturno, ACS Otoño de 2021.