Titan, der Mond des Saturn, überraschte Wissenschaftler. Astronomen haben in seiner Atmosphäre Cyclopropenyliden (C3H2) entdeckt, ein äußerst seltenes Molekül auf Kohlenstoffbasis, das so reaktiv ist, dass es nur in einer Laborumgebung auf der Erde existieren kann.
Tatsächlich ist es so selten, dass es noch nie zuvor in der Atmosphäre, im Sonnensystem oder anderswo gefunden wurde. Der einzige andere Ort, an dem das Molekül stabil bleiben kann, ist die kalte Leere des interstellaren Raums. Auf seiner Grundlage ist jedoch die Entstehung komplexerer organischer Moleküle möglich, die eines Tages zum Leben führen können.
“Wir betrachten Titan als ein echtes Labor, in dem wir eine Chemie sehen, die der auf der alten Erde ähnelt, als das Leben hier geboren wurde”, sagte die Astrobiologin Melissa Trainer vom Goddard Space Flight Center der NASA.
“Wir werden nach Molekülen suchen, die größer als C3H2 sind, aber wir müssen wissen, was in der Atmosphäre passiert, um die chemischen Reaktionen zu verstehen, die zu komplexen organischen Molekülen führen.”
Cyclopropenyliden, das selbst NASA-Forscher als “sehr seltsames kleines Molekül” bezeichnen, kann unter atmosphärischen Bedingungen nicht lange halten, da es sehr schnell mit Molekülen unter Bildung anderer Verbindungen reagiert.
Sobald die Reaktion stattfindet, existiert das Cyclopropenyliden nicht mehr. Im interstellaren Raum ist jedes Gas oder jeder Staub sehr kalt und diffus, was schwache Wechselwirkungen bedeutet, und Cyclopropenyliden kann existieren.
Titan unterscheidet sich stark vom interstellaren Raum. Mit Kohlenwasserstoffseen, Kohlenwasserstoffwolken und einer überwiegend stickstoffhaltigen Atmosphäre mit wenig Methan. Die Atmosphäre ist viermal dicker als die der Erde (ebenfalls von Stickstoff dominiert). Wissenschaftler glauben, dass sich unter der Oberfläche ein riesiger Ozean aus Salzwasser befindet.
2016 nutzte ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung des Planetenwissenschaftlers Conor Nixon vom Goddard Space Flight Center der NASA das Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) in Chile, um die Titanatmosphäre auf der Suche nach organischen Molekülen zu untersuchen.
Die Signatur des seltsamen Moleküls wurde in der zarten oberen Atmosphäre hoch über der Oberfläche gefunden. Im Vergleich zu einer Datenbank mit chemischen Profilen identifizierte das Team das Molekül als Cyclopropenyliden. Es ist wahrscheinlich, dass die Dünnheit der Atmosphäre in dieser Höhe zum Überleben des Moleküls beiträgt, aber warum es auf Titan und nicht auf einem anderen Planeten erschien, bleibt ein Rätsel.
“Als ich merkte, dass ich Cyclopropenyliden betrachtete, war mein erster Gedanke:” Nun, das ist wirklich unerwartet “, sagte Nixon. 'Titan ist einzigartig in unserem Sonnensystem. Es stellte sich heraus, dass es eine Schatzkammer neuer Moleküle war. '
Cyclopropenyliden ist von besonderem Interesse, da es als Ringmolekül bekannt ist; Seine drei Kohlenstoffatome sind in einem Ring verbunden (in einem Dreieck, aber das Prinzip ist dasselbe). Obwohl nicht bekannt ist, dass Cyclopropenyliden selbst eine biologische Rolle spielt, basieren die stickstoffhaltigen Basen von DNA und RNA auf solchen Molekülringen.
“Ihre zyklische Natur eröffnet einen zusätzlichen Zweig der Chemie, der die Bildung biologisch wichtiger Moleküle ermöglicht”, sagte der Astrobiologe Alexander Thelen vom Goddard Space Flight Center der NASA.
Je kleiner das Molekül ist, desto mehr Potenzial hat es – es wird erwartet, dass Reaktionen mit kleineren Molekülen mit weniger Bindungen schneller ablaufen als Reaktionen mit größeren und komplexeren Molekülen. Dies bedeutet, dass Reaktionen mit kleinen Molekülen zu unterschiedlicheren Ergebnissen führen.
Titan ist bereits ein Bienenstock organischer chemischer Aktivität. Stickstoff und Methan werden im Sonnenlicht abgebaut und verursachen eine Kaskade chemischer Reaktionen. Ob diese Reaktionen zum Leben führen können, ist eine Frage, die Wissenschaftler gerne beantworten.
“Wir versuchen herauszufinden, ob Titan bewohnbar ist”, sagte die Geologin Rosalie Lopez vom Jet Propulsion Laboratory der NASA. “Wir wollen also wissen, welche Verbindungen aus der Atmosphäre an die Oberfläche gelangen und ob dieses Material dann durch die Eiskruste in den Ozean gelangen kann, weil wir glauben, dass im Ozean die bewohnbaren Bedingungen herrschen.”
Das Herausfinden, welche Verbindungen in der Atmosphäre vorhanden sind, ist ein sehr wichtiger Schritt in diesem Forschungsprozess. Cyclopropenyliden, ein äußerst seltenes Molekül, könnte ein Schlüsselelement im chemischen Leben von Titan sein.
Die Forschung wird im Astronomical Journal veröffentlicht.
Quellen: Foto: NASA / JPL-Caltech / Universität von Arizona / Universität von Idaho