이미지 크레디트 : ESA
우리가 알고있는 바와 같이, 물, 에너지 및 대기와 같은 생활을 유지하기 위해서는 최소한 세 가지 요소가 필요합니다. 목성과 토성 주변의 화성과 달 사이에는이 세 가지 요소 중 하나 또는 두 가지에 대한 증거가 있지만 완전한 세트를 사용할 수 있는지는 잘 알려져 있지 않습니다. 토성의 달인 타이탄 만이 지구의 압력에 필적하는 대기를 가지고 화성의 것보다 훨씬 두껍습니다 (지구의 해수면 압력의 1 %).
Titan의 탄화수소 헤이즈 시뮬레이션에 대한 가장 흥미로운 점은이 스모그 구성 요소는 생명체 구성 요소의 기초를 형성 할 수있는 토린 (그리스어, 진흙탕)이라는 분자를 포함하고 있다는 것입니다. 예를 들어, 육상 생물의 빌딩 블록 중 하나 인 아미노산은 이러한 적갈색 스모그 유사 입자가 물에 배치 될 때 형성된다. Carl Sagan이 지적했듯이 Titan은 화학과 관련하여 초기 지상 대기와 넓은 평행으로 간주 될 수 있으며, 이런 방식으로 생명의 기원과 확실히 관련이 있습니다.
올 여름, NASA의 Cassini 우주선은 1997 년에 발사되어 4 년 동안 토성과 달 주위를 공전 할 예정입니다. 2005 년 초, 피기 백하는 Huygens 프로브는 흐릿한 타이탄 대기로 뛰어 들어 달 표면에 착륙 할 예정입니다. Cassini 우주선 궤도에는 12 개의 기기가 있고 Huygens 프로브에는 6 개의 기기가 있습니다. Huygens 프로브는 주로 대기 샘플링에 적합합니다. 프로브는 표면에서 최대 30 분 동안 이미지를 측정하고 기록 할 수 있습니다. 그러나 탐침에는 다리가 없으므로 Titan 표면에 내려 놓으면 방향이 임의적입니다. 그리고 그 착륙은 유기물을 함유 한 장소에 있지 않을 수도 있습니다. Cassini가 현재 궤도에있는 위치의 이미지는 지속적으로 업데이트되며 임무가 진행됨에 따라 볼 수 있습니다.
Astrobiology Magazine은 지상 시험관에서 타이탄의 복잡한 화학을 시뮬레이션하는 방법에 대해 파리 과학자 Jean-Michel Bernard와 연구 과학자와 대화 할 기회를 가졌습니다. Titan의 환경에 대한 그의 시뮬레이션은 50 년 전 시카고 대학 연구원, Harold Urey 및 Stanley Miller가 처음 개척 한 고전적인 프리 바이오 틱 수프를 기반으로합니다.
Astrobiology Magazine (AM) : 타이탄의 대기 화학에 관심을 갖게 된 것은 무엇입니까?
장 미셸 버나드 (JB) 두 개의 간단한 분자 (질소와 메탄)는 어떻게 매우 복잡한 화학을 생성합니까? 화학이 생화학이됩니까? 지구의 극한 조건 (-40도에서 남극의 박테리아와 수열 원 근처에서 +110도 이상에서 고풍)에 대한 최근의 발견은 다른 세계와 다른 지역에서도 생명이 존재할 수 있다고 가정합니다. 정황.
타이탄은 밀도가 높은 태양계에서 유일한 위성이기 때문에 천문학적 관심이 있습니다. 타이탄의 대기는 질소와 메탄으로 만들어졌습니다. 태양과 토성의 환경에서 나오는 에너지 입자는 탄화수소와 니트릴의 형성과 같은 복잡한 화학을 허용합니다. 입자들은 또한 위성, 메탄 비, 바람, 계절 주위에 영구적 인 안개를 생성합니다. 최근에, 탄화수소 호수가 타이탄의 표면에서 검출 된 것으로 보입니다. 이 발견이 Cassini-Huygens 사명에 의해 확인되면 큰 관심을 가질 것이라고 생각합니다.
그것은 대기 (가스), 호수 (액체), 안개와 토양 (고체), 삶의 출현에 필요한 세 가지 환경을 갖기 때문에 Titan을 지구와 유사하게 만들 것입니다.
타이탄의 안개 성분은 알려져 있지 않습니다. 광학적 데이터 만이 이용 가능하고이 탄소 질 재료의 복잡성으로 인해 분석하기가 어렵다. Carl Sagan 그룹의 "tholins"라는 에어로졸 유사 체인 Titan의 대기 화학을 모방하기 위해 많은 실험이 수행되었습니다. 토린은 생명의 기원에 관여 할 수있는 것 같습니다. 실제로, 이러한 타이탄 에어로졸 유사체의 가수 분해는 생명의 선구자 인 아미노산의 형성을 일으킨다.
오전: Titan의 저온 및 고유 화학에 맞게 맞춤형 방식으로 Miller-Urey 실험을 확장하기위한 실험 시뮬레이션을 설명 할 수 있습니까?
JB : Miller-Urey 실험 이후, 프리 바이오 틱 시스템에 대한 많은 실험 시뮬레이션이 수행되었습니다. 그러나 Voyager의 데이터를 검색 한 후 Titan의 분위기를 시뮬레이션하기 위해이 접근 방식으로 다시 돌아와야하는 것으로 보였습니다. 그런 다음 여러 과학자들이 Miller의 장치와 같은 시스템에 질소-메탄 혼합물을 도입하여 이러한 시뮬레이션 실험을 수행했습니다. 그러나 실험 조건과 타이탄 조건의 차이로 인해 문제가 분명해졌습니다. 압력과 온도는 타이탄의 환경을 대표하지 않았습니다. 그런 다음 우리는 Titan의 성층권의 압력과 온도를 재현하는 실험을 수행하기로 결정했습니다. 질소에서 2 %의 메탄 가스, 저압 (약 1mbar) 및 극저온 시스템은 저온을 유지하기위한 극저온 시스템입니다. 또한, 당사 시스템은 고체 제품의 주변 공기에 의한 오염을 피하기 위해 순수한 질소를 함유 한 글러브 박스에 배치됩니다.
오전: 타이탄의 합성 화학 물질을 유발할 수있는 최고의 에너지 원인 토성 입자의 자기권, 태양 복사 등을 어떻게 생각하십니까?
JB : 과학자들은 타이탄 대기의 에너지 원을 가장 잘 모사 할 수있는 에너지 원에 대해 토론합니다. 자외선 (UV) 방사선? 우주 광선? 토성의 자기권에서 나오는 전자와 다른 에너지 입자? 이 모든 근원들이 관련되어 있지만, 그 발생은 고도에 따라 좌우됩니다 : 극 자외선과 이온 권의 전자, 성층권의 UV 광, 우주 광선은 대류권에서 발생합니다.
적절한 질문은 다음과 같아야합니다. 실험 목표는 무엇입니까? Titan의 성층권에서 시안화 수소 (HCN) 화학을 이해하려면 HCN의 UV 방사선을 사용한 시뮬레이션이 적합합니다. 대류권에서 은하 우주 광선에 의해 생성 된 전기장의 영향을 결정하는 것이 목표라면, 모의 된 타이탄 대기의 코로나 방전이 바람직하다.
타이탄의 성층권 조건을 연구 할 때 시뮬레이션에서 방전을 사용하기로 결정했습니다. 이 선택은 타이탄 성층권의 주요 에너지 원이 UV 방사선이기 때문에 소수의 과학자들에 의해 논쟁되고 있습니다. 그러나 우리의 결과는 실험의 유효성을 검증했습니다. 우리는 타이탄에서 관찰 된 모든 유기 종을 감지했습니다. 관찰 전에 CH3CN (아세토 니트릴)의 존재를 예측했습니다. 우리는 타이탄 대기에서도 검출 된 실온에서 불안정한 분자 인 디시 아노 아세틸렌 인 C4N2를 처음으로 발견했습니다. 실험에서 생성 된 고체 제품의 중간 적외선 신호는 Titan 관측치와 일치했습니다.
오전: Cassini-Huygens 프로브에 대한 계획된 대기 테스트의 결과는 어떻습니까?
JB : 프랑스의 Observatoire Astronomique de Bordeaux 팀과 공동 작업 한 후, 에어로졸 유사체의 유전 상수를 결정했습니다. 이를 통해 Titan의 대기 및 표면 특성이 Cassini-Huygens 레이더 실험의 성능에 어떤 영향을 줄 수 있는지 추정 할 수 있습니다. Huygens 프로브의 고도계는 에어로졸 특성에 영향을받을 수 있지만이 결과를 확인하려면 보완 실험을 수행해야합니다.
2 년 전, N2 / CH4 / CO (98 / 1.99 / 0.01) 가스 혼합물을 소개했습니다. 목표는 Titan에 가장 풍부한 산소화 화합물 인 일산화탄소의 영향을 확인하는 것이 었습니다. 놀랍게도, 우리는 기체상에서 옥시 란을 주요 산소화 생성물로 검출했다. 이 불안정한 분자는 성간 매체에서 발견되었지만 이론적 모델은 Titan의 화학에 대해 예측하지 않습니다. 그러나이 분자는 타이탄에 존재할 수 있습니다.
현재 우리는 실험용 반응기 내부에서 생성 된 첫 번째 분자, 라디칼, 원자 및 이온 (또는 '종')을 분석하고 있습니다. 우리는 CN, CH, NH, C2, HCN, C2H2와 같은 여기 된 종을 연구하기 위해 적외선 분광법과 UV 가시 광선을 사용하고 있습니다. 다음으로, 우리는이 종들의 풍부함과 고체 생성물의 구조 사이의 상관 관계를 관찰 할 것입니다. 이러한 실험 결과를 포르투갈 포르투 대학교와 공동으로 개발 한 이론적 모델과 결합하면 실험 반응기에서 발생하는 화학에 대해 더 잘 이해할 수 있습니다. 이를 통해 Cassini-Huygens 데이터와 타이탄의 안개 형성을 분석 할 수 있습니다.
우리 팀은 미션 과학 수준에도 참여하고 있으며, 미션의 과학자 중 한 명도 LISA의 Laboratoire Inter-Universitaire des Syst? mes Atmosph? riques 그룹에 있습니다. 우리의 실험실 톨린은 Huygens 프로브와 Cassini 궤도의 여러 기기를 교정하기위한 가이드로 사용될 것입니다.
탐사선과 궤도 선에는 18 개의 기기가 있습니다. 가스 크로마토 그래피 및 질량 분석법 [GC-MS]에는 교정 테스트가 필요합니다. GC-MS는 타이탄 대기에서 화학 물질을 식별하고 측정합니다.
에어로졸 수집기 및 열분해 장치 (ACP)에도 교정 테스트가 필요합니다. 이 실험은 필터를 통해 대기에서 에어로졸 입자를 끌어온 다음 오븐에서 갇힌 샘플을 가열하여 휘발성 물질을 기화시키고 복잡한 유기 물질을 분해합니다.
궤도의 열 측정 장치 인 CIRS (Composite Infrared Spectrometer)도 교정해야합니다. Cassini-Huygens에 탑재 된 분광계는 이전의 딥 스페이스 미션과 비교하여 Voyager 우주선의 분광계보다 10 배 높은 스펙트럼 분해능으로 크게 개선되었습니다.
오전: 이 연구에 대한 향후 계획이 있습니까?
JB : 다음 단계는 Marie-Claire Gazeau가 개발 한 "SETUP"실험입니다. 이 실험에는 질소를 해리하기위한 냉간 플라즈마와 메탄을 해리하기위한 광화학 반응기가 있습니다. 이것은 타이탄의 상태에 대한 더 나은 글로벌 시뮬레이션을 제공 할 것입니다.
원본 출처 : NASA Astrobiology Magazine
