תעלומות המתאן של טיטאן: גילוי סודות האטמוספירה של הירח הגדול ביותר של שבתאי

מחקר חדש משתמש באטמוספירה של טיטאן כמעבדה טבעית כדי להעמיק בכימיה של מולקולת המתאן – מולקולה שעל כדור הארץ עשויה להיות תוצר לוואי של חיים.

טיטאן הוא הירח השני בגודלו במערכת השמש והיחיד עם אטמוספירה צפופה. בראש האטמוספירה הזו, העשירה בחנקן ובמתאן, קרינת השמש מייצרת מגוון רב של מולקולות אורגניות, שאת חלקן אנו מוצאים גם בכדור הארץ כמרכיבים של יחידת החיים הבסיסית, התא.

מחקר פורץ דרך על האטמוספירה של טיטאן

צוות מחקר בינלאומי בראשות רפאל סילבה, מהמכון לאסטרופיזיקה ומדעי החלל ומאסטר מהפקולטה למדעים של אוניברסיטת ליסבון (Ciências ULisboa), ניתח את אור השמש המשתקף מהאטמוספירה של טיטאן וזיהה לראשונה כמעט מאה סימנים לכך שמולקולת המתאן (CH₄) רושם ברצועה הנראית של הספקטרום האלקטרומגנטי, עקבות החיוניים למציאתו באטמוספרות אחרות.

יתר על כן, הצוות מצא עדויות אפשריות לנוכחות מולקולת הטריפחמן (C₃), מולקולה שיכולה להשתתף בשרשרת התגובות הכימיות היוצרות מולקולות מורכבות של טיטאן- אם יאושר, זה יהיה הזיהוי הראשון של מולקולת התלת-פחמן בגוף פלנטרי.

"האטמוספירה של טיטאן פועלת כמו כור כימי בגודל כוכב לכת, מייצרת מולקולות רבות על בסיס פחמן מורכבות", אומר רפאל סילבה, ומוסיף: "מכל האטמוספרות שאנו מכירים במערכת השמש, האטמוספירה של טיטאן היא הדומה ביותר לזו. אנחנו חושבים שהיה קיים על כדור הארץ המוקדם."

התפקיד של מתאן וניתוח ספקטרלי

מתאן, שעל פני כדור הארץ הוא גז, מספק מידע על תהליכים גיאולוגיים ואולי על תהליכים ביולוגיים. זוהי מולקולה שאינה שורדת זמן רב באטמוספרות של כדור הארץ או טיטאן מכיוון שהיא נהרסת במהירות ובלתי הפיכה על ידי קרינת השמש. מסיבה זו, על טיטאן, מתאן חייב להתחדש על ידי תהליכים גיאולוגיים, כמו שחרור גז תת קרקעי.

עבודה זו הביאה מידע חדש על הכימיה של המתאן עצמו. 97 הקווים החדשים של בליעתו הספקטרלית באורכי גל של אור נראה – באזורי הצבע הכתום, הצהוב והירוק – זוהו ברצועות של קווים הקשורים בעבר לבליעה על ידי מתאן, אך מעולם לא הותאמו. לראשונה, אורך הגל והעוצמה של כל אחד מהקווים הללו ידועים.

"אפילו בספקטרום ברזולוציה גבוהה, קווי ספיגת מתאן אינם חזקים מספיק עם כמות הגז שיכולה להיות לנו במעבדה על פני כדור הארץ. אבל על טיטאן יש לנו אטמוספירה שלמה, והנתיב שהאור עובר באטמוספירה יכול להיות באורך של מאות קילומטרים. זה הופך את הרצועות והקווים השונים, שיש להם אות חלש במעבדות על פני כדור הארץ, ברורים מאוד על טיטאן", אומר רפאל סילבה.

הכרת וקטלוג כל החתימות של מולקולת המתאן יסייעו גם בזיהוי מולקולות חדשות, במיוחד באטמוספרות בעלות כימיה כה מורכבת, שבהן ניתוח הספקטרום מאתגר בשל צפיפות החתימות המולקולריות, אפילו עם מכשירים ברזולוציה גבוהה.

כך מצא הצוות סימנים לנוכחות אפשרית של מולקולת הטריפחמן (C₃) בשכבות הגבוהות, בגובה 600 קילומטרים. במערכת השמש, מולקולה זו, המתבטאת כפליטה כחלחלה, הייתה מוכרת עד כה רק בחומר המקיף את גרעין השביט. קווי הספיגה בטיטאן שהצוות קשור לטריקרבון הם מעטים ובעוצמה נמוכה, למרות היותם מאוד ספציפיים לסוג זה של מולקולות, כך שיבוצעו תצפיות חדשות בעתיד כדי לנסות לאשר את הגילוי הזה.

"ככל שנדע יותר על המולקולות השונות המשתתפות במורכבות הכימית של האטמוספירה של טיטאן, כך נבין טוב יותר את סוג האבולוציה הכימית שאולי אפשרה, או קשורה, למקור החיים על פני כדור הארץ", אומר רפאל סילבה. , ומוסיף: "מחשבים שחלק מהחומר האורגני שתרם למקור החיים על פני כדור הארץ הופק באטמוספירה שלו בתהליכים דומים יחסית לאלו שצפינו בטיטאן".

שיפור המחקר האקסו-פלנטרי

נכון לעכשיו, הירח הזה של שַׁבְתַאִי הוא עולם ייחודי במערכת השמש, בהיותו שדה ניסוי בהכנת תצפיות עתידיות על האטמוספרות של כוכבי לכת מחוץ למערכת הפלנטרית שלנו, מה שנקרא כוכבי לכת אקסו. בין אלה, עשויים להיות גופים קטנים וקרים כמו טיטאן.

"הניסיון שנצבר בניתוחים מאתגרים כמו זה יכול להועיל לתצפיות אינפרא אדום עם טלסקופ החלל ג'יימס ווב, או משימת החלל העתידית של אריאל, מ- סוכנות החלל האירופית (ESA)", מעיר פדרו מצ'אדו, המחבר השני של מאמר זה שפורסם כעת.

הנתונים ששימשו לעבודה זו הגיעו מתצפיות שבוצעו ביוני 2018 עם הספקטרוגרף הנראה והאולטרה סגול ברזולוציה גבוהה של UVES, שהותקן על הטלסקופ Very Large Telescope של ESO (VLT), בצ'ילה. נעשה שימוש גם בנתונים מארכיון שנאספו עם אותו מכשיר ב-2005.