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Éléments constitutifs de la vie dans l'atmosphère de Titan - NASA

Éléments constitutifs de la vie dans l'atmosphère de Titan - NASA


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Une simulation de l'atmosphère de la lune de Saturne, Titan, a montré que des blocs organiques complexes qui pourraient conduire à la création de vie ont été trouvés plus bas dans l'atmosphère de la lune qu'on ne l'avait estimé auparavant.

Les recherches effectuées par les scientifiques du Jet Propulsion Laboratory de la NASA montrent que la haute atmosphère de Titan est propice à la formation de molécules organiques complexes, comme le suggère le chercheur principal Mark Allen. De plus, il suggère que le soleil sur la basse atmosphère peut déclencher des réactions qui pourraient conduire à la formation de liquides et de solides et pas seulement de gaz.

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    Des scientifiques de la NASA découvrent une molécule "étrange" dans l'atmosphère de Titan

    Jusqu'à présent, le cyclopropénylidène n'a été détecté que dans des nuages ​​moléculaires de gaz et de poussière, comme le Taurus Molecular Cloud, qui est une pépinière d'étoiles dans la constellation du Taureau à plus de 400 années-lumière. Récemment, le scientifique Goddard de la NASA Conor Nixon, avec son équipe, a trouvé cette molécule unique dans l'atmosphère de Titan la première fois qu'elle a été détectée en dehors d'un nuage moléculaire. Le cyclopropénylidène est la seule autre molécule en boucle fermée en dehors du benzène à avoir été détectée à Titan. Les molécules en boucle fermée sont importantes car elles forment les anneaux de base des bases nucléiques de l'ADN, la structure chimique complexe qui porte le code génétique de la vie, et de l'ARN, un autre composé essentiel pour les fonctions de la vie. Crédits : Conor Nixon/Centre de vol spatial Goddard de la NASA

    Les scientifiques de la NASA ont identifié une molécule dans l'atmosphère de Titan qui n'a jamais été détectée dans aucune autre atmosphère. En fait, de nombreux chimistes en ont probablement à peine entendu parler ou savent le prononcer : cyclopropénylidène, ou C3H2.

    Les scientifiques disent que cette simple molécule à base de carbone pourrait être un précurseur de composés plus complexes qui pourraient former ou nourrir une vie possible sur Titan.

    Les chercheurs ont trouvé C3H2 en utilisant un observatoire de radiotélescope dans le nord du Chili connu sous le nom d'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Ils ont remarqué C3H2, qui est composé de carbone et d'hydrogène, tout en passant au crible un spectre de signatures lumineuses uniques collectées par le télescope, celles-ci ont révélé la composition chimique de l'atmosphère de Titan par l'énergie émise ou absorbée par ses molécules.

    "Quand j'ai réalisé que je regardais le cyclopropénylidène, ma première pensée a été:" Eh bien, c'est vraiment inattendu "", a déclaré Conor Nixon, planétologue au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, qui a dirigé la recherche ALMA. Les découvertes de son équipe ont été publiées le 15 octobre dans l'Astronomical Journal.

    Bien que les scientifiques ont trouvé C3H2 dans des poches à travers la galaxie, le trouver dans une atmosphère était une surprise. En effet, le cyclopropénylidène peut réagir facilement avec d'autres molécules avec lesquelles il entre en contact et former différentes espèces. Les astronomes ont jusqu'à présent trouvé C3H2 seulement dans les nuages ​​de gaz et de poussière qui flottent entre les systèmes stellaires - en d'autres termes, des régions trop froides et diffuses pour faciliter de nombreuses réactions chimiques.

    Mais les atmosphères denses comme celle de Titan sont des ruches d'activité chimique. C'est l'une des principales raisons pour lesquelles les scientifiques s'intéressent à cette lune, qui est la destination de la prochaine mission Dragonfly de la NASA. L'équipe de Nixon a pu identifier de petites quantités de C3H2 à Titan probablement parce qu'ils cherchaient dans les couches supérieures de l'atmosphère de la lune, où il y a moins d'autres gaz pour C3H2 interagir avec. Les scientifiques ne savent pas encore pourquoi le cyclopropénylidène apparaîtrait dans l'atmosphère de Titan mais dans aucune autre atmosphère. "Titan est unique dans notre système solaire", a déclaré Nixon. "Cela s'est avéré être un trésor de nouvelles molécules."

    La plus grande des 62 lunes de Saturne, Titan est un monde intrigant qui est à certains égards le plus similaire à la Terre que nous ayons trouvé. Contrairement à toute autre lune du système solaire - il y en a plus de 200 - Titan a une atmosphère épaisse quatre fois plus dense que celle de la Terre, plus des nuages, de la pluie, des lacs et des rivières, et même un océan souterrain d'eau salée.

    L'atmosphère de Titan est composée principalement d'azote, comme celle de la Terre, avec un soupçon de méthane. Lorsque les molécules de méthane et d'azote se brisent sous l'éblouissement du soleil, leurs atomes constitutifs libèrent un réseau complexe de chimie organique qui a captivé les scientifiques et propulsé cette lune au sommet de la liste des cibles les plus importantes dans la recherche de la NASA pour le présent ou le passé. vie dans le système solaire.

    "Nous essayons de déterminer si Titan est habitable", a déclaré Rosaly Lopes, chercheuse principale et experte en Titan au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA à Pasadena, en Californie. "Nous voulons donc savoir quels composés de l'atmosphère parviennent à la surface, puis si ce matériau peut traverser la croûte de glace jusqu'à l'océan en dessous, car nous pensons que l'océan est l'endroit où se trouvent les conditions habitables."

    Les types de molécules qui pourraient se trouver à la surface de Titan pourraient être les mêmes que ceux qui ont formé les éléments constitutifs de la vie sur Terre. Au début de son histoire, il y a 3,8 à 2,5 milliards d'années, lorsque le méthane remplissait l'air de la Terre au lieu de l'oxygène, les conditions ici auraient pu être similaires à celles de Titan aujourd'hui, soupçonnent les scientifiques.

    "Nous considérons Titan comme un laboratoire réel où nous pouvons voir une chimie similaire à celle de l'ancienne Terre lorsque la vie s'installait ici", a déclaré Melissa Trainer, astrobiologiste Goddard de la NASA. Trainer est l'investigateur principal adjoint de la mission Dragonfly et responsable d'un instrument sur le giravion Dragonfly qui analysera la composition de la surface de Titan.

    "Nous chercherons des molécules plus grosses que C3H2", a déclaré Trainer, " mais nous devons savoir ce qui se passe dans l'atmosphère pour comprendre les réactions chimiques qui conduisent des molécules organiques complexes à se former et à pleuvoir à la surface.

    Le cyclopropénylidène est la seule autre molécule « cyclique », ou en boucle fermée, en plus du benzène à avoir été trouvée dans l'atmosphère de Titan jusqu'à présent. Bien que C3H2 n'est pas connu pour être utilisé dans les réactions biologiques modernes, les molécules en boucle fermée comme celle-ci sont importantes car elles forment les anneaux de base des bases nucléiques de l'ADN, la structure chimique complexe qui porte le code génétique de la vie, et l'ARN, un autre élément essentiel composé pour les fonctions de la vie. "La nature cyclique d'entre eux ouvre cette branche supplémentaire de la chimie qui vous permet de construire ces molécules biologiquement importantes", a déclaré Alexander Thelen, un astrobiologiste Goddard qui a travaillé avec Nixon pour trouver C3H2.

    Des scientifiques comme Thelen et Nixon utilisent de grands télescopes terrestres très sensibles pour rechercher les molécules de carbone liées à la vie les plus simples qu'ils puissent trouver dans l'atmosphère de Titan. Le benzène était considéré comme la plus petite unité de molécules d'hydrocarbures complexes et annelées trouvée dans n'importe quelle atmosphère planétaire. Mais maintenant, C3H2, avec la moitié des atomes de carbone du benzène, semble avoir pris sa place.

    L'équipe de Nixon a utilisé l'observatoire ALMA pour scruter Titan en 2016. Ils ont été surpris de trouver une étrange empreinte chimique, que Nixon a identifiée comme du cyclopropénylidène en recherchant dans une base de données de toutes les signatures lumineuses moléculaires connues.

    Pour vérifier que les chercheurs voyaient réellement ce composé inhabituel, Nixon s'est penché sur des articles de recherche publiés à partir d'analyses de données du vaisseau spatial Cassini de la NASA, qui a effectué 127 survols rapprochés de Titan entre 2004 et 2017. Il voulait voir si un instrument sur le vaisseau spatial qui a flairé les composés chimiques autour de Saturne et Titan pourrait confirmer son nouveau résultat. (L'instrument - appelé spectromètre de masse - a capté des indices sur de nombreuses molécules mystérieuses à Titan que les scientifiques tentent toujours d'identifier.) En effet, Cassini avait repéré des preuves d'une version chargée électriquement de la même molécule, C3H3+.

    Étant donné qu'il s'agit d'une découverte rare, les scientifiques tentent d'en savoir plus sur le cyclopropénylidène et sur la façon dont il pourrait interagir avec les gaz dans l'atmosphère de Titan.

    "C'est une petite molécule très étrange, donc ce ne sera pas le genre que vous apprenez en chimie au lycée ou même en chimie de premier cycle", a déclaré Michael Malaska, un scientifique planétaire du JPL qui a travaillé dans l'industrie pharmaceutique avant de tomber amoureux de Titan et de changer carrière pour l'étudier. "Ici sur Terre, ce ne sera pas quelque chose que vous allez rencontrer."

    Mais, a déclaré Malaska, trouver des molécules comme C3H2 est vraiment important pour avoir une vue d'ensemble de Titan : "Chaque petite pièce que vous pouvez découvrir peut vous aider à assembler l'énorme puzzle de toutes les choses qui s'y passent."


    La NASA découvre une molécule "très étrange" dans l'atmosphère de Titan

    Ces images infrarouges de la lune Titan de Saturne représentent certaines des vues globales les plus claires de la surface glacée de la lune. Les vues ont été créées à l'aide de 13 années de données acquises par l'instrument Visual and Infrared Mapping Spectrometer à bord du vaisseau spatial Cassini de la NASA. Crédit : NASA/JPL-Caltech/Université de Nantes/Université d'Arizona

    Les scientifiques de la NASA ont identifié une molécule dans l'atmosphère de Titan qui n'a jamais été détectée dans aucune autre atmosphère. En fait, de nombreux chimistes en ont probablement à peine entendu parler ou savent le prononcer : cyclopropénylidène, ou C3H2. Les scientifiques disent que cette simple molécule à base de carbone pourrait être un précurseur de composés plus complexes qui pourraient former ou nourrir une vie possible sur Titan.

    Cette image a été renvoyée le 14 janvier 2005 par la sonde Huygens de l'Agence spatiale européenne lors de sa descente réussie à la surface de Titan. Il s'agit de la vue colorée qui a été traitée pour ajouter des données de spectre de réflexion afin de donner une meilleure indication de la couleur réelle de la surface de Titan.
    Crédit : NASA/JPL/ESA/Université de l'Arizona

    Les chercheurs ont trouvé C3H2 en utilisant un observatoire de radiotélescope dans le nord du Chili connu sous le nom d'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Ils ont remarqué C3H2, qui est composé de carbone et d'hydrogène, tout en passant au crible un spectre de signatures lumineuses uniques collectées par le télescope, celles-ci ont révélé la composition chimique de l'atmosphère de Titan par l'énergie émise ou absorbée par ses molécules.

    « Quand j'ai réalisé que je regardais le cyclopropénylidène, ma première pensée a été : « Eh bien, c'est vraiment inattendu », a déclaré Conor Nixon, planétologue au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, qui a dirigé la recherche ALMA. Les conclusions de son équipe ont été publiées le 15 octobre 2020 dans le Journal astronomique.

    Bien que les scientifiques ont trouvé C3H2 dans des poches à travers la galaxie, le trouver dans une atmosphère était une surprise. C'est parce que le cyclopropénylidène peut réagir facilement avec d'autres molécules avec lesquelles il entre en contact et former différentes espèces. Les astronomes ont jusqu'à présent trouvé C3H2 seulement dans les nuages ​​de gaz et de poussière qui flottent entre les systèmes stellaires — en d'autres termes, des régions trop froides et diffuses pour faciliter de nombreuses réactions chimiques.

    Mais les atmosphères denses comme celle de Titan sont des ruches d'activité chimique. C'est l'une des principales raisons pour lesquelles les scientifiques s'intéressent à cette lune, qui est la destination de la prochaine mission Dragonfly de la NASA. L'équipe de Nixon a pu identifier de petites quantités de C3H2 à Titan probablement parce qu'ils cherchaient dans les couches supérieures de l'atmosphère de la lune, où il y a moins d'autres gaz pour C3H2 interagir avec. Les scientifiques ne savent pas encore pourquoi le cyclopropénylidène apparaîtrait dans l'atmosphère de Titan mais dans aucune autre atmosphère. "Titan est unique dans notre système solaire", a déclaré Nixon. "Cela s'est avéré être un trésor de nouvelles molécules."

    La plus grande des 62 lunes de Saturne, Titan est un monde intrigant qui est à certains égards le plus similaire à la Terre que nous ayons trouvé. Contrairement à toute autre lune du système solaire - il y en a plus de 200 - Titan a une atmosphère épaisse quatre fois plus dense que celle de la Terre, plus des nuages, de la pluie, des lacs et des rivières, et même un océan souterrain d'eau salée.

    L'atmosphère de Titan est composée principalement d'azote, comme celle de la Terre, avec un soupçon de méthane. Lorsque les molécules de méthane et d'azote se brisent sous l'éblouissement du soleil, leurs atomes constitutifs libèrent un réseau complexe de chimie organique qui a captivé les scientifiques et propulsé cette lune au sommet de la liste des cibles les plus importantes dans la recherche de la NASA pour le présent ou le passé. vie dans le système solaire.

    "Nous essayons de déterminer si Titan est habitable", a déclaré Rosaly Lopes, chercheur principal et expert Titan au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA à Pasadena, en Californie. "Nous voulons donc savoir quels composés de l'atmosphère parviennent à la surface, puis si ce matériau peut traverser la croûte de glace jusqu'à l'océan en dessous, car nous pensons que l'océan est l'endroit où se trouvent les conditions habitables."

    Les types de molécules qui pourraient se trouver à la surface de Titan pourraient être les mêmes que ceux qui ont formé les éléments constitutifs de la vie sur Terre. Au début de son histoire, il y a 3,8 à 2,5 milliards d'années, lorsque le méthane remplissait l'air de la Terre au lieu de l'oxygène, les conditions ici auraient pu être similaires à celles de Titan aujourd'hui, soupçonnent les scientifiques.

    "Nous considérons Titan comme un laboratoire réel où nous pouvons voir une chimie similaire à celle de l'ancienne Terre lorsque la vie s'installait ici", a déclaré Melissa Trainer, astrobiologiste Goddard de la NASA. Trainer est l'investigateur principal adjoint de la mission Dragonfly et responsable d'un instrument sur le giravion Dragonfly qui analysera la composition de la surface de Titan.

    "Nous chercherons des molécules plus grosses que C3H2", a déclaré Trainer, " mais nous devons savoir ce qui se passe dans l'atmosphère pour comprendre les réactions chimiques qui conduisent des molécules organiques complexes à se former et à pleuvoir à la surface.


    Dragonfly est une mission de la NASA qui vise à explorer la chimie et l'habitabilité de la plus grande lune de Saturne, Titan. Crédit: NASA#8217s Goddard Space Flight Center/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

    Le cyclopropénylidène est la seule autre molécule « cyclique », ou en boucle fermée, en plus du benzène à avoir été trouvée dans l'atmosphère de Titan jusqu'à présent. Bien que C3H2 n'est pas connu pour être utilisé dans les réactions biologiques modernes, les molécules en boucle fermée comme celle-ci sont importantes car elles forment les anneaux de base des bases nucléiques de l'ADN, la structure chimique complexe qui porte le code génétique de la vie, et l'ARN, un autre élément essentiel composé pour les fonctions de la vie. "La nature cyclique d'entre eux ouvre cette branche supplémentaire de la chimie qui vous permet de construire ces molécules biologiquement importantes", a déclaré Alexander Thelen, un astrobiologiste Goddard qui a travaillé avec Nixon pour trouver C3H2.

    Des scientifiques comme Thelen et Nixon utilisent de grands télescopes terrestres très sensibles pour rechercher les molécules de carbone liées à la vie les plus simples qu'ils puissent trouver dans l'atmosphère de Titan. Le benzène était considéré comme la plus petite unité de molécules d'hydrocarbures complexes et annelées trouvée dans n'importe quelle atmosphère planétaire. Mais maintenant, C3H2, avec la moitié des atomes de carbone du benzène, semble avoir pris sa place.

    L'équipe de Nixon a utilisé l'observatoire ALMA pour scruter Titan en 2016. Ils ont été surpris de trouver une étrange empreinte chimique, que Nixon a identifiée comme du cyclopropénylidène en recherchant dans une base de données de toutes les signatures lumineuses moléculaires connues.

    Jusqu'à présent, le cyclopropénylidène n'a été détecté que dans des nuages ​​moléculaires de gaz et de poussière, comme le Taurus Molecular Cloud, qui est une pépinière d'étoiles dans la constellation du Taureau à plus de 400 années-lumière. Récemment, le scientifique Goddard de la NASA Conor Nixon, avec son équipe, a trouvé cette molécule unique dans l'atmosphère de Titan la première fois qu'elle a été détectée en dehors d'un nuage moléculaire. Le cyclopropénylidène est la seule autre molécule en boucle fermée en dehors du benzène à avoir été détectée à Titan. Les molécules en boucle fermée sont importantes car elles forment les anneaux de base des bases nucléiques de l'ADN, la structure chimique complexe qui porte le code génétique de la vie, et de l'ARN, un autre composé essentiel pour les fonctions de la vie. Crédit : Conor Nixon/NASA’s Goddard Space Flight Center

    Pour vérifier que les chercheurs voyaient réellement ce composé inhabituel, Nixon s'est penché sur des articles de recherche publiés à partir d'analyses de données du vaisseau spatial Cassini de la NASA, qui a effectué 127 survols rapprochés de Titan entre 2004 et 2017. Il voulait voir si un instrument sur le vaisseau spatial qui a flairé les composés chimiques autour de Saturne et Titan pourrait confirmer son nouveau résultat. (L'instrument - appelé spectromètre de masse - a capté des indices de nombreuses molécules mystérieuses à Titan que les scientifiques tentent toujours d'identifier.) En effet, Cassini avait repéré des preuves d'une version chargée électriquement de la même molécule, C3H3 + .

    Étant donné qu'il s'agit d'une découverte rare, les scientifiques tentent d'en savoir plus sur le cyclopropénylidène et sur la façon dont il pourrait interagir avec les gaz dans l'atmosphère de Titan.

    "C'est une petite molécule très étrange, donc ce ne sera pas le genre que vous apprenez en chimie au lycée ou même en chimie de premier cycle", a déclaré Michael Malaska, un scientifique planétaire du JPL qui a travaillé dans l'industrie pharmaceutique avant de tomber amoureux de Titan et de changer. carrière pour l'étudier. « Ici sur Terre, ce ne sera pas quelque chose que vous allez rencontrer. »

    Mais, a déclaré Malaska, trouver des molécules comme C3H2 est vraiment important pour avoir une vue d'ensemble de Titan : "Chaque petite pièce que vous pouvez découvrir peut vous aider à assembler l'énorme puzzle de toutes les choses qui s'y passent."

    Référence : “Détection de cyclopropénylidène sur Titan avec ALMA” par Conor A. Nixon, Alexander E. Thelen, Martin A. Cordiner, Zbigniew Kisiel, Steven B. Charnley, Edward M. Molter, Joseph Serigano, Patrick GJ Irwin, Nicholas A. Teanby et Yi-Jehng Kuan, 15 octobre 2020, Journal astronomique.
    DOI : 10.3847/1538-3881/abb679


    Contenu

    La présence d'une atmosphère significative a été suspectée pour la première fois par l'astronome espagnol Josep Comas i Solà, qui a observé un assombrissement distinct des membres sur Titan en 1903, [8] et confirmé par Gerard P. Kuiper en 1944 en utilisant une technique spectroscopique qui a donné une estimation d'une atmosphère atmosphérique. pression partielle de méthane de l'ordre de 100 millibars (10 kPa).[9] Des observations ultérieures dans les années 1970 ont montré que les chiffres de Kuiper avaient été considérablement sous-estimés, les abondances de méthane dans l'atmosphère de Titan étaient dix fois plus élevées et la pression de surface était au moins le double de ce qu'il avait prédit. La pression de surface élevée signifiait que le méthane ne pouvait former qu'une petite fraction de l'atmosphère de Titan. [10] En 1980, Voyageur 1 a fait les premières observations détaillées de l'atmosphère de Titan, révélant que sa pression à la surface était supérieure à celle de la Terre, à 1,5 bar (environ 1,48 fois celle de la Terre). [11]

    L'association NASA/ESA Cassini-Huygens mission a fourni une mine d'informations sur Titan, et le système Saturne en général, depuis son entrée en orbite le 1er juillet 2004. Il a été déterminé que les abondances isotopiques atmosphériques de Titan étaient la preuve que l'azote abondant dans l'atmosphère provenait des matériaux du nuage d'Oort, associés aux comètes, et non aux matériaux qui ont formé Saturne dans les temps anciens. [12] Il a été déterminé que des produits chimiques organiques complexes pourraient survenir sur Titan, [13] y compris les hydrocarbures aromatiques polycycliques, [14] le propylène, [15] et le méthane. [16] [17]

    Les Libellule La mission de la NASA prévoit de faire atterrir un grand véhicule aérien sur Titan en 2034. [18] La mission étudiera l'habitabilité de Titan et la chimie prébiotique à divers endroits. [19] L'avion de type drone effectuera des mesures des processus géologiques et de la composition de la surface et de l'atmosphère. [20]

    Observations de la Voyageur des sondes spatiales ont montré que l'atmosphère titanéenne est plus dense que celle de la Terre, avec une pression de surface environ 1,48 fois celle de la Terre. [11] L'atmosphère de Titan est environ 1,19 fois plus massive que celle de la Terre dans son ensemble, [21] ou environ 7,3 fois plus massive par surface. Il prend en charge des couches de brume opaques qui bloquent la lumière la plus visible du Soleil et d'autres sources et rendent les caractéristiques de surface de Titan obscures. L'atmosphère est si épaisse et la gravité si faible que les humains pourraient la traverser en battant des "ailes" attachées à leurs bras. [22] La gravité plus faible de Titan signifie que son atmosphère est beaucoup plus étendue que celle de la Terre, même à une distance de 975 km, le Cassini le vaisseau spatial a dû faire des ajustements pour maintenir une orbite stable contre la traînée atmosphérique. [23] L'atmosphère de Titan est opaque à de nombreuses longueurs d'onde et un spectre de réflectance complet de la surface est impossible à acquérir de l'extérieur. [24] Ce n'est qu'à l'arrivée de Cassini–Huygens en 2004 que les premières images directes de la surface de Titan ont été obtenues. Les Huygens la sonde n'a pas pu détecter la direction du Soleil pendant sa descente, et bien qu'elle ait pu prendre des images de la surface, la Huygens L'équipe a comparé le processus à "prendre des photos d'un parking asphalté au crépuscule". [25]

    La structure atmosphérique verticale de Titan est similaire à celle de la Terre. Ils ont tous deux une troposphère, une stratosphère, une mésosphère et une thermosphère. Cependant, la gravité de la surface inférieure de Titan crée une atmosphère plus étendue, [26] avec des hauteurs d'échelle de 15 à 50 km (9 à 31 mi) par rapport à 5 à 8 km (3,1-5 mi) sur Terre. [6] Les données Voyager, combinées aux données de Huygens et les modèles radiatifs-convectifs permettent de mieux comprendre la structure atmosphérique de Titan. [27]

    • Troposphère: C'est la couche où une grande partie du temps se produit sur Titan. Étant donné que le méthane se condense hors de l'atmosphère de Titan à haute altitude, son abondance augmente en dessous de la tropopause à une altitude de 32 km (20 mi), se stabilisant à une valeur de 4,9% entre 8 km (5 mi) et la surface. [28][29] Des pluies de méthane, des précipitations de brume et des couches nuageuses variables se trouvent dans la troposphère.
    • Stratosphère: La composition atmosphérique dans la stratosphère est de 98,4 % d'azote - la seule atmosphère dense et riche en azote du système solaire en dehors de celle de la Terre - les 1,6 % restants étant principalement composés de méthane (1,4 %) et d'hydrogène (0,1-0,2 %). [28] La principale couche de brume de tholin se trouve dans la stratosphère à environ 100-210 km (62-130 mi). Dans cette couche de l'atmosphère, il y a une forte inversion de température causée par la brume en raison d'un rapport élevé d'opacité entre les ondes courtes et l'infrarouge. [2]
    • Mésosphère : Une couche de brume détachée se trouve à environ 450-500 km (280-310 mi), dans la mésosphère. La température de cette couche est similaire à celle de la thermosphère en raison du refroidissement des lignes de cyanure d'hydrogène (HCN). [30]
    • Thermosphère : La production de particules commence dans la thermosphère [6] Ceci a été conclu après avoir trouvé et mesuré des ions lourds et des particules. [31] C'était aussi l'approche la plus proche de Cassini dans l'atmosphère de Titan.
    • Ionosphère: L'ionosphère de Titan est également plus complexe que celle de la Terre, avec l'ionosphère principale à une altitude de 1 200 km (750 mi) mais avec une couche supplémentaire de particules chargées à 63 km (39 mi). Cela divise l'atmosphère de Titan dans une certaine mesure en deux chambres de résonance radio séparées. La source des ondes naturelles à très basse fréquence (ELF) sur Titan, détectée par Cassini–Huygens, n'est pas clair car il ne semble pas y avoir d'activité intense de foudre.

    La chimie atmosphérique de Titan est diverse et complexe. Chaque couche de l'atmosphère a des interactions chimiques uniques qui se produisent à l'intérieur qui interagissent ensuite avec d'autres sous-couches de l'atmosphère. Par exemple, on pense que les hydrocarbures se forment dans la haute atmosphère de Titan lors de réactions résultant de la décomposition du méthane par la lumière ultraviolette du Soleil, produisant un épais smog orange. [32] Le tableau ci-dessous met en évidence les mécanismes de production et de perte des molécules photochimiquement produites les plus abondantes dans l'atmosphère de Titan. [6]

    Chimie dans l'atmosphère de Titan
    Molécule Production Perte
    Hydrogène Photolyse du méthane Échapper
    Monoxyde de carbone O + CH 3 H 2 CO + H >>
    H 2 CO + h CO + H 2 / 2 H >> CO + OH ⟶ CO 2 + H >>Éthane 2 CH 3 + M ⟶ C 2 H 6 + M >> CondensationAcétylène C 2 H + CH 4 ⟶ C 2 H 2 + CH 3 >> C 2 H 2 + h ⟶ C 2 H + H >> CondensationPropane CH 3 + C 2 H 5 + M ⟶ C 3 H 8 + M >> CondensationÉthylène CH + CH 4 C 2 H 4 + H >> CH 2 + CH 3 C 2 H 4 + H >> C 2 H 4 + h ⟶ C 2 H 2 + H 2 / 2 H >>Cyanure d'hydrogène N + CH 3 H 2 CN + H >> H 2 CN + H HCN + H 2 >> CondensationGaz carbonique CO + OH ⟶ CO 2 + H >> CondensationMéthylacétylène CH + C 2 H 4 CH 3 CCH + H >> CH 3 CCH + h ⟶ C 3 H 3 + H >> H + CH 3 CCH C 3 H 5 >>Diacétylène C 2 H + C 2 H 2 C 4 H 2 + H >> C 4 H 2 + h ⟶ C 4 H + H >> Champ magnétique Modifier Titan n'a pas de champ magnétique, bien que des études en 2008 aient montré que Titan conserve des restes du champ magnétique de Saturne lors des brèves occasions où il passe à l'extérieur de la magnétosphère de Saturne et est directement exposé au vent solaire. [33] Cela peut ioniser et emporter certaines molécules du haut de l'atmosphère. Le champ magnétique interne de Titan est négligeable, voire inexistant. [34] Sa distance orbitale de 20,3 rayons de Saturne le place occasionnellement dans la magnétosphère de Saturne. Cependant, la différence entre la période de rotation de Saturne (10,7 heures) et la période orbitale de Titan (15,95 jours) entraîne une vitesse relative d'environ 100 km/s entre le plasma magnétisé de Saturne et Titan. [34] Cela peut en fait intensifier les réactions provoquant des pertes atmosphériques, au lieu de protéger l'atmosphère du vent solaire. [35] Chimie de l'ionosphère Modifier En novembre 2007, les scientifiques ont découvert des preuves d'ions négatifs avec environ 13 800 fois la masse d'hydrogène dans l'ionosphère de Titan, qui sont censés tomber dans les régions inférieures pour former la brume orange qui obscurcit la surface de Titan. [36] Les plus petits ions négatifs ont été identifiés comme des anions à chaîne carbonée linéaire avec des molécules plus grandes montrant des preuves de structures plus complexes, probablement dérivées du benzène. [37] Ces ions négatifs semblent jouer un rôle clé dans la formation de molécules plus complexes, que l'on pense être des tholins, et peuvent constituer la base des hydrocarbures aromatiques polycycliques, des cyanopolyynes et de leurs dérivés. Remarquablement, il a déjà été démontré que des ions négatifs tels que ceux-ci améliorent la production de molécules organiques plus grosses dans les nuages ​​​​moléculaires au-delà de notre système solaire, [38] une similitude qui met en évidence la pertinence plus large possible des ions négatifs de Titan. [39] Circulation atmosphérique Modifier Il existe un schéma de circulation de l'air qui s'écoule dans le sens de la rotation de Titan, d'ouest en est. De plus, des variations saisonnières de la circulation atmosphérique ont également été détectées. Observations par Cassini de l'atmosphère réalisés en 2004 suggèrent également que Titan est un "super rotateur", comme Vénus, avec une atmosphère qui tourne beaucoup plus vite que sa surface. [40] La circulation atmosphérique s'explique par une grande circulation de Hadley qui se produit de pôle à pôle. [2] Cycle du méthane Modifier L'énergie du Soleil aurait dû convertir toutes les traces de méthane dans l'atmosphère de Titan en hydrocarbures plus complexes en moins de 50 millions d'années – un court laps de temps par rapport à l'âge du système solaire. Cela suggère que le méthane doit être reconstitué d'une manière ou d'une autre par un réservoir sur ou à l'intérieur de Titan lui-même. La majeure partie du méthane sur Titan se trouve dans l'atmosphère. Le méthane est transporté à travers le piège froid à la tropopause. [41] Par conséquent, la circulation du méthane dans l'atmosphère influence le bilan radiatif et la chimie des autres couches de l'atmosphère. S'il y a un réservoir de méthane sur Titan, le cycle ne serait stable que sur des échelles de temps géologiques. [6] La preuve que l'atmosphère de Titan contient plus de mille fois plus de méthane que de monoxyde de carbone semble exclure des contributions significatives des impacts cométaires, car les comètes sont composées de plus de monoxyde de carbone que de méthane. Que Titan ait pu accumuler une atmosphère de la nébuleuse saturnienne primitive au moment de la formation semble également peu probable dans un tel cas, il devrait avoir des abondances atmosphériques similaires à la nébuleuse solaire, y compris l'hydrogène et le néon. [42] De nombreux astronomes ont suggéré que l'origine ultime du méthane dans l'atmosphère de Titan provient de l'intérieur de Titan lui-même, libéré via des éruptions de cryovolcans. [43] [44] [45] Ciel diurne et crépusculaire (lever/coucher du soleil) Modifier La luminosité du ciel et les conditions d'observation devraient être très différentes de celles de la Terre et de Mars en raison de la plus grande distance de Titan par rapport au Soleil ( 10 UA) et des couches de brume complexes dans son atmosphère. Les vidéos du modèle de luminosité du ciel montrent à quoi peut ressembler une journée ensoleillée typique debout sur la surface de Titan sur la base de modèles de transfert radiatif. [46] Pour les astronautes qui voient avec la lumière visible, le ciel diurne a une couleur orange foncé distinctement et semble uniforme dans toutes les directions en raison de la diffusion Mie significative des nombreuses couches de brume à haute altitude. [46] Le ciel diurne est calculé pour être 100 à 1000 fois plus faible qu'un après-midi sur Terre, [46] ce qui est similaire aux conditions d'observation d'un épais smog ou d'une fumée de feu dense. On s'attend à ce que les couchers de soleil sur Titan soient des "événements décevants", [46] où le Soleil disparaît à mi-hauteur dans le ciel ( 50° au-dessus de l'horizon) sans changement de couleur distinct. Après cela, le ciel s'assombrira lentement jusqu'à ce qu'il atteigne la nuit. Cependant, la surface devrait rester aussi brillante que la pleine Lune jusqu'à 1 jour terrestre après le coucher du soleil. [46] En lumière proche infrarouge, les couchers de soleil ressemblent à un coucher de soleil martien ou à un coucher de soleil poussiéreux dans le désert. [46] La diffusion de Mie a une influence plus faible aux longueurs d'onde infrarouges plus longues, permettant des conditions de ciel plus colorées et variables. Pendant la journée, le Soleil a une couronne solaire notable qui passe du blanc au "rouge" au cours de l'après-midi. [46] La luminosité du ciel de l'après-midi est 100 fois plus faible que la Terre. [46] À l'approche de l'heure du soir, le Soleil devrait disparaître assez près de l'horizon. La profondeur optique atmosphérique de Titan est la plus faible à 5 microns. [47] Ainsi, le Soleil à 5 ​​microns peut même être visible lorsqu'il est sous l'horizon en raison de la réfraction atmosphérique. Semblable aux images des couchers de soleil martiens des rovers martiens, une couronne en forme d'éventail se développe au-dessus du Soleil en raison de la diffusion de la brume ou de la poussière à haute altitude. [46] En ce qui concerne Saturne, la planète est presque fixe dans sa position dans le ciel car l'orbite de Titan est verrouillée par la marée autour de Saturne. Cependant, il y a un petit mouvement d'est en ouest de 3° sur une année Titan en raison de l'excentricité orbitale, [48] similaire à l'analemme sur Terre. La lumière du soleil réfléchie par Saturne, Saturnshine, est environ 1000 fois plus faible que l'insolation solaire à la surface de Titan. [48] ​​Même si Saturne apparaît plusieurs fois plus grande dans le ciel que la Lune dans le ciel de la Terre, le contour de Saturne est masqué par le soleil plus brillant pendant la journée. Saturne ne peut devenir discernable que la nuit, mais seulement à une longueur d'onde de 5 microns. Ceci est dû à deux facteurs : la faible profondeur optique de l'atmosphère de Titan à 5 microns [47] [49] et les fortes émissions de 5 m du côté nuit de Saturne. [50] En lumière visible, Saturne rendra le ciel légèrement plus lumineux, semblable à une nuit couverte avec une pleine lune sur Terre. [48] ​​Les anneaux de Saturne sont cachés de la vue en raison de l'alignement du plan orbital de Titan et du plan des anneaux. [48] ​​Saturne devrait montrer des phases, apparentées aux phases de Vénus sur Terre, qui illuminent partiellement la surface de Titan la nuit, à l'exception des éclipses. [48] De l'espace lointain, Cassini des images du proche infrarouge aux longueurs d'onde UV ont montré que les périodes crépusculaires (lever/coucher du soleil) sont plus lumineux que le jour sur Titan. [51] [52] Les scientifiques s'attendent à ce que la luminosité planétaire s'affaiblisse du côté jour au côté nuit du corps planétaire, connu sous le nom de terminateur. Cette observation paradoxale n'a été observée sur aucun autre corps planétaire avec une atmosphère épaisse. [52] Le crépuscule de Titanean éclipsant le jour est probablement dû à une combinaison de l'atmosphère de Titan s'étendant à des centaines de kilomètres au-dessus de la surface et de la diffusion intense de Mie vers l'avant à partir de la brume. [52] Les modèles de transfert radiatif n'ont pas reproduit cet effet. [46] La persistance d'une atmosphère dense sur Titan a été énigmatique car les atmosphères des satellites structurellement similaires de Jupiter, Ganymède et Callisto, sont négligeables. Bien que la disparité soit encore mal comprise, les données de missions récentes ont fourni des contraintes de base sur l'évolution de l'atmosphère de Titan. En gros, à la distance de Saturne, l'insolation solaire et le flux des vents solaires sont suffisamment faibles pour que les éléments et composés volatils sur les planètes telluriques aient tendance à s'accumuler dans les trois phases. [53] La température de surface de Titan est également assez basse, environ 94 K. [54] [55] Par conséquent, les fractions massiques de substances qui peuvent devenir des constituants atmosphériques sont beaucoup plus grandes sur Titan que sur Terre. En fait, les interprétations actuelles suggèrent que seulement environ 50 % de la masse de Titan est constituée de silicates, [56] le reste étant principalement constitué de divers H2O (eau) glaces et NH3·H2O (hydrates d'ammoniac). NH3, qui peut être la source originale du N atmosphérique de Titan2 (diazote), peut constituer jusqu'à 8% du NH3·H2masse. Titan est très probablement différencié en couches, où la couche d'eau liquide sous la glace Ih peut être riche en NH3. [ jargon ] Des contraintes provisoires sont disponibles, la perte de courant étant principalement due à la faible gravité [57] et au vent solaire [58] aidé par la photolyse. La perte de l'atmosphère primitive de Titan peut être estimée avec le rapport isotopique 14 N-15 N, car le 14 N plus léger est préférentiellement perdu de la haute atmosphère sous photolyse et chauffage. Parce que le rapport original 14 N-15 N de Titan est mal contraint, l'atmosphère primitive peut avoir eu plus de N2 par des facteurs allant de 1,5 à 100 avec certitude uniquement dans le facteur inférieur. [57] Parce que N2 est le composant principal (98 %) de l'atmosphère de Titan, [59] le rapport isotopique suggère qu'une grande partie de l'atmosphère a été perdue au cours du temps géologique. Néanmoins, la pression atmosphérique à sa surface reste près de 1,5 fois celle de la Terre car elle a commencé avec un budget volatil proportionnellement plus important que la Terre ou Mars. [55] Il est possible que la majeure partie de la perte atmosphérique ait eu lieu dans les 50 millions d'années suivant l'accrétion, à cause d'une fuite hautement énergétique d'atomes légers emportant une grande partie de l'atmosphère (échappement hydrodynamique). [58] Un tel événement pourrait être provoqué par les effets de chauffage et de photolyse de la production plus élevée de photons de rayons X et ultraviolets (XUV) du Soleil primitif. Parce que Callisto et Ganymède sont structurellement similaires à Titan, on ne sait pas pourquoi leurs atmosphères sont insignifiantes par rapport à celle de Titan. Néanmoins, l'origine de Titan's N2 via la photolyse géologiquement ancienne du NH accrété et dégazé3, par opposition au dégazage de N2 des clathrates d'accrétion, peut être la clé d'une inférence correcte. Avait N2 été libérés par les clathrates, 36 Ar et 38 Ar qui sont des isotopes primordiaux inertes du Système solaire devraient également être présents dans l'atmosphère, mais aucun n'a été détecté en quantités significatives. [60] La concentration insignifiante de 36 Ar et 38 Ar indique également que la 40 K température nécessaire pour les piéger et N2 in clathrates n'existait pas dans la sous-nébuleuse saturnienne. Au lieu de cela, la température peut avoir été supérieure à 75 K, limitant même l'accumulation de NH3 comme hydrates. [61] Les températures auraient été encore plus élevées dans la sous-nébuleuse jovienne en raison de la plus grande libération d'énergie potentielle gravitationnelle, de la masse et de la proximité du Soleil, réduisant considérablement le NH3 inventaire accumulé par Callisto et Ganymède. Le N résultant2 les atmosphères peuvent avoir été trop minces pour survivre aux effets de l'érosion atmosphérique auxquels Titan a résisté. [61] Une équipe de la NASA enquête sur la chimie complexe de Titan

    Une expérience en laboratoire au JPL simulant l'atmosphère de la lune Titan de Saturne suggère une autre région de l'atmosphère qui pourrait brasser des matériaux prébiotiques.

    "Les scientifiques pensaient auparavant qu'à mesure que nous nous rapprochions de la surface de Titan, la chimie atmosphérique de la lune était fondamentalement inerte et terne", a déclaré Murthy Gudipati, auteur principal de l'article au JPL. "Notre expérience montre que ce n'est pas vrai. Le même type de lumière qui conduit la chimie biologique à la surface de la Terre pourrait également conduire la chimie sur Titan, même si Titan reçoit beaucoup moins de lumière du soleil et est beaucoup plus froid. Titan n'est pas un géant endormi dans le basse atmosphère, mais au moins à moitié éveillé dans son activité chimique."

    Les scientifiques savent depuis que la mission Voyager de la NASA a survolé le système Saturne au début des années 1980 que Titan, la plus grande lune de Saturne, a une atmosphère épaisse et brumeuse avec des hydrocarbures, notamment du méthane et de l'éthane. Ces molécules organiques simples peuvent se transformer en molécules aéroportées ressemblant à du smog avec des liaisons carbone-azote-hydrogène, que l'astronome Carl Sagan a appelées "tholins".

    "Nous savons que la haute atmosphère de Titan est propice à la formation de molécules organiques complexes", a déclaré le co-auteur Mark Allen, chercheur principal de l'équipe JPL Titan qui fait partie de l'Institut d'astrobiologie de la NASA, dont le siège est au centre de recherche Ames, Moffett Field, Californie. « Nous savons maintenant que la lumière du soleil dans la basse atmosphère de Titan peut déclencher une chimie organique plus complexe dans les liquides et les solides plutôt que simplement dans les gaz. »

    L'équipe a examiné une forme de glace de dicyanoacétylène - une molécule détectée sur Titan qui est liée à un composé qui a viré au brun après avoir été exposé à la lumière ambiante dans le laboratoire d'Allen il y a 40 ans.

    Dans cette dernière expérience, le dicyanoacétylène a été exposé à une lumière laser à des longueurs d'onde pouvant atteindre 355 nanomètres. La lumière de cette longueur d'onde peut filtrer jusqu'à la basse atmosphère de Titan à une intensité modeste, un peu comme la quantité de lumière qui traverse des lunettes de protection lorsque les Terriens voient une éclipse solaire, a déclaré Gudipati. Le résultat a été la formation d'une brume brunâtre entre les deux vitres contenant l'expérience, confirmant que la photochimie de la glace organique dans des conditions telles que la basse atmosphère de Titan pouvait produire des tholins.

    Les composés organiques complexes pourraient recouvrir les "roches" de glace d'eau à la surface de Titan et ils pourraient éventuellement s'infiltrer à travers la croûte jusqu'à une couche d'eau liquide sous la surface de Titan. Dans des expériences de laboratoire précédentes, des tholins comme ceux-ci ont été exposés à l'eau liquide au fil du temps et se sont développés en molécules biologiquement significatives, telles que les acides aminés et les bases nucléotidiques qui forment l'ARN.

    "Ces résultats suggèrent que le volume de l'atmosphère de Titan impliqué dans la production de produits chimiques organiques plus complexes est beaucoup plus important qu'on ne le croyait auparavant", a déclaré Edward Goolish, directeur par intérim de l'Institut d'astrobiologie de la NASA. "Cette nouvelle information fait de Titan un environnement encore plus intéressant pour l'étude astrobiologique."

    L'équipe comprenait Isabelle Couturier de l'Université de Provence, Marseille, France Ronen Jacovi, un boursier postdoctoral de la NASA d'Israël et Antti Lignell, un boursier postdoctoral de l'Académie finlandaise des sciences d'Helsinki au JPL.


    Éléments constitutifs de la vie dans l'atmosphère de Titan - NASA - History

    Les scientifiques analysant les données recueillies par Cassini ont confirmé la présence d'ions négatifs lourds dans les régions supérieures de l'atmosphère de Titan. Ces particules peuvent servir de blocs de construction pour des molécules organiques plus complexes.

    La découverte était complètement inattendue en raison de la composition chimique de l'atmosphère (qui manque d'oxygène - responsable de la formation d'ions négatifs dans la basse ionosphère de la Terre - et se compose principalement d'azote et de méthane). L'observation a maintenant été vérifiée sur 16 rencontres différentes.

    Le professeur Andrew Coates, chercheur au Mullard Space Science Laboratory de l'University College London et auteur principal de l'article, déclare : « Le spectromètre à électrons de Cassini nous a permis de détecter des ions négatifs qui ont 10 000 fois la masse de l'hydrogène. Des anneaux de carbone supplémentaires peuvent s'accumuler sur ces ions, formant des molécules appelées hydrocarbures aromatiques polycycliques, qui peuvent servir de base aux premières formes de vie.

    La lune de Saturne Titan est la deuxième plus grande du système solaire - et la seule avec une atmosphère dense. L'atmosphère, l'azote et le méthane, ressemble à celle de la Terre primitive. Un détecteur dirigé par l'University College London (le spectromètre électronique, qui fait partie de l'instrument CAPS) sur l'orbiteur détecte un composant inattendu dans la haute atmosphère de Titan - des ions négatifs à base d'hydrocarbures extrêmement lourds. Leur masse est au moins 10 000 fois celle d'un atome d'hydrogène, détecté à 953 km au-dessus de la surface à la distance de Londres à Milan. L'image montre la brume de Titan et les ions lourds. Ceux-ci font partie de la brume dans l'atmosphère et peuvent tomber vers la surface de Titan sous forme de crasse organique. Ils pourraient devenir les tholins de Carl Sagan, un résidu brun apparaissant dans l'expérience Miller-Urey, où une étincelle excite un mélange de gaz ressemblant à celui de l'atmosphère primitive de la Terre.

    Le côté droit de l'image montre la signature des ions négatifs sur la rencontre T16 où CAPS-ELS voit les ions. Les bandes verticales montrent les ions vus lorsque l'instrument est balayé dans le sens de déplacement de Cassini. Un nombre croissant d'ions sont représentés par des couleurs plus rouges lorsqu'ils sont enfoncés dans le capteur. L'énergie et la masse des ions augmentent verticalement. Crédits : Panneau de droite : UCL-MSSL (A. Coates), Panneau de gauche : NASA/JPL/Space Science Institute

    Coates a ajouté : « Leur existence pose des questions sur les processus impliqués dans la chimie atmosphérique et la formation d'aérosols et nous pensons maintenant qu'il est très probable que ces ions négatifs se forment dans la haute atmosphère avant de se rapprocher de la surface, où ils forment probablement la brume qui enveloppe le planète et qui nous a caché ses secrets par le passé. C'est cette brume qui a empêché la mission Voyager d'examiner Titan de plus près en 1980 et a été l'une des raisons pour lesquelles Cassini a été lancé.

    Le nouvel article s'appuie sur des travaux publiés dans Science le 11 mai, où l'équipe a trouvé des tholins plus petits, jusqu'à 8 000 fois la masse d'hydrogène, se formant à partir de la surface de Titan.

    Le Dr Hunter Waite du South West Research Institute au Texas et auteur de l'étude précédente, a déclaré : « Les tholins sont de très grosses molécules organiques complexes censées contenir des précurseurs chimiques de la vie. Comprendre comment ils se forment pourrait fournir des informations précieuses sur l'origine de la vie dans le système solaire."

    Article : Lettres de recherche géophysique, « Découverte d'ions négatifs lourds dans l'ionosphère de Titan », A. Coates, F. Crary, G. Lewis, D. Young, J. Waite Jr. et E. Sittler Jr.


    La recherche de Cassini pour les éléments constitutifs de la vie sur Titan

    Cassini capture la plus grande lune de Saturne, Titan. Crédit : NASA/JPL-Caltech/SSI

    Des lacs et des mers de méthane liquide, de la pluie provenant de nuages ​​d'hydrocarbures et des preuves de cyanure d'hydrogène toxique dans l'atmosphère de Titan ne sont que quelques-unes des découvertes que la sonde Cassini a faites de la plus grande lune de Saturne.

    La sonde spatiale a maintenant effectué son dernier passage de Titan alors qu'elle se dirige vers son grand plongeon final dans la planète aux anneaux plus tard cette semaine.

    Surnommé le "baiser d'adieu" de Cassini par la NASA, Titan a fait l'objet d'un examen minutieux par la sonde, avec 127 survols au cours de sa mission de 13 ans explorant le système planétaire.

    L'un des plus grands exploits de Cassini est sa contribution au démêlage de la chimie compliquée de Titan, sans aucun doute l'un des objets les plus chimiquement diversifiés de notre système solaire.

    Nous savons depuis un certain temps que la combinaison des rayons ultraviolets du Soleil et du bombardement de particules a altéré l'atmosphère principalement d'azote et de méthane au fil du temps.

    Cette chimie a soutenu une épaisse couche de smog orange entourant tout le corps, enveloppant les océans et le paysage de Titan avant l'arrivée de Cassini.

    Avec la boîte à outils d'instruments de détection avancés de Cassini - combinée à l'échantillonnage atmosphérique par la sonde Huygens lors de sa descente à la surface en 2005 - la mission a développé une image complète de la chimie de Titan.

    Le disque orange trouble de la lune Titan de Saturne. Crédit : NASA/JPL/Space Science Institute

    Curieusement, en plus des centaines de molécules représentées, les modèles chimiques développés ici sur Terre incorporant les données de Cassini prédisent l'existence d'un matériau encore plus complexe.

    D'une importance potentielle pour la biochimie, ces molécules ont échappé à l'observation au cours de la mission Cassini relativement courte, étant soit hors de vue, soit présentes à des niveaux inférieurs aux limites de détection de l'équipement.

    Même si elles ne se sont formées qu'en petites quantités dans l'atmosphère, il est plausible que ces espèces porteuses de vie se soient accumulées à la surface au cours de l'histoire de Titan. Alors, quels sont ces produits chimiques et comment se forment-ils ?

    Contrairement à la Terre, les atomes d'oxygène sont plutôt rares dans l'atmosphère de Titan. L'eau est emprisonnée sous forme de glace de surface et il ne semble pas y avoir de sources abondantes de gaz O₂.

    A la place de l'oxygène, nous voyons l'azote jouer un rôle plus important dans la chimie atmosphérique de Titan.

    Ici, les produits courants des réactions d'azote sont la famille de composés cyanure, dont le cyanure d'hydrogène (HCN) est le plus simple et le plus abondant.

    À mesure que le nombre de molécules de cyanure s'accumule à des altitudes plus basses et plus froides, elles forment des couches nuageuses de gros polymères souples (tholins) et d'aérosols glacés naissants.

    Au fur et à mesure que les aérosols descendent à la surface, des coquilles de méthane et de glace d'éthane forment d'autres couches à l'extérieur. Cela agit pour protéger la matière organique interne lors de sa descente à la surface avant d'être dispersée dans les lacs et les mers d'hydrocarbures.

    Étonnamment, ce sont ces composés de cyanure, des produits chimiques étroitement associés à la toxicité et à la mort des formes de vie terrestres, qui peuvent en fait fournir des voies à la formation de biomolécules porteuses de vie dans les environnements spatiaux.

    Certaines simulations prédisent que les cyanures piégés dans les glaces et exposés au rayonnement spatial peuvent conduire à la synthèse d'acides aminés et de structures de bases nucléiques de l'ADN – les éléments constitutifs de la vie sur Terre.

    Excités par ces prédictions et leurs implications pour l'astrobiologie, les chimistes se sont précipités pour explorer ces réactions en laboratoire.

    Cette image composite montre une vue infrarouge de la lune Titan de Saturne depuis le survol de Cassini en novembre 2015. Les longueurs d'onde du proche infrarouge de cette image permettent à la vision de Cassini de pénétrer la brume et de révéler la surface de la lune. Crédit : NASA/JPL/University of Arizona/University of Idaho

    Expériences synchrotron : Titan-in-a-can

    Nos contributions à l'astrochimie se sont concentrées sur la simulation de l'atmosphère de Titan et de sa brume de cyanure.

    Avec une cellule à gaz spécialisée installée au synchrotron australien, nous sommes en mesure de reproduire les températures froides associées aux couches nuageuses de Titan.

    En injectant des cyanures (la variété la plus conviviale) dans notre cellule, nous pouvons déterminer la taille, la structure et la densité des aérosols Titan à mesure qu'ils se développent au fil du temps en sondant avec la lumière infrarouge de l'installation.

    Ces résultats nous ont fourni une liste de signatures pour lesquelles nous pouvons localiser des aérosols de cyanure en utilisant l'astronomie infrarouge.

    La prochaine étape sera d'ensemencer ces aérosols avec des espèces organiques pour déterminer s'ils peuvent être identifiés dans des atmosphères extraterrestres.

    Vue de Cassini sur les hautes latitudes nord de Titan en mai 2012, les lacs de gauche sont pleins d'hydrocarbures liquides tandis que ceux en haut à droite ne sont que partiellement remplis, ou représentent un sol saturé ou une vasière. Crédit : NASA/JPL-Caltech/ASI/Cornell

    Peut-être que ces signaux serviront de phare pour de futures explorations conçues pour rechercher des matières organiques complexes dans des emplacements spatiaux plus éloignés – potentiellement même sur les exoplanètes « Terre géante » dans des systèmes stellaires éloignés.

    L'espace nous offre une perspective unique pour remonter les pages de la chimie. Parmi les planètes, les lunes et les étoiles - et le pas tout à fait vide entre - nous pouvons étudier les réactions initiales qui auraient déclenché la chimie ici sur Terre.

    En utilisant des télescopes de plus en plus sensibles et des engins spatiaux avancés, nous avons découvert des pépinières chimiques - des poches de gaz et de glace exercées par des radiations spatiales sévères - dans notre système solaire et au-delà.

    Des objets aussi froids et glacés que Titan, les lunes de Jupiter, les objets transneptuniens (tels que Pluton et d'autres corps mineurs dans la ceinture de Kuiper et au-delà), ainsi que des particules de poussière interstellaire microscopiques, génèrent tous des molécules organiques d'ordre supérieur à partir de simples ingrédients chimiques.

    Pour autant que nous le sachions, le manque de chaleur et d'eau liquide empêche la vie d'exister dans ces mondes.

    La vue spectrale de Cassini du vortex polaire sud montre une signature de molécules de cyanure d'hydrogène (HCN) congelées. Crédit : NASA/JPL-Caltech/ASI/University of Arizona/SSI/Leiden Observatory et SRON

    Cependant, nous pouvons chercher des indices concernant les origines de la vie sur une Terre primitive. Des produits chimiques porteurs de vie ont-ils été livrés via l'impact d'une comète, ou fabriqués en interne près des premiers rivages océaniques ou des volcans des grands fonds ? L'observation de la chimie des objets distants pourrait un jour apporter des réponses.

    Ces incursions dans notre histoire chimique ont été rendues possibles par les mesures importantes que nous avons prises dans notre exploration de l'espace, y compris, à titre d'exemple éclatant, le succès retentissant de l'exploration de Titan par Cassini.

    Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.


    La NASA sélectionne une mission volante pour étudier Titan à la recherche d'origines et de signes de vie

    Profitant de l'atmosphère dense et de la faible gravité de Titan, Dragonfly explorera des dizaines d'endroits à travers le monde glacial, échantillonnant et mesurant les compositions des matériaux organiques de surface de Titan pour caractériser l'habitabilité de l'environnement de Titan et étudier la progression de la chimie prébiotique. Crédit d'image : NASA/JHU-APL.

    La NASA a annoncé que notre prochaine destination dans le système solaire est le monde unique et richement organique Titan. Faisant progresser notre recherche des éléments constitutifs de la vie, la mission Dragonfly effectuera plusieurs sorties pour échantillonner et examiner des sites autour de la lune glacée de Saturne.

    Dragonfly sera lancé en 2026 et arrivera en 2034. Le giravion volera vers des dizaines d'emplacements prometteurs sur Titan à la recherche de processus chimiques prébiotiques communs à Titan et à la Terre. Dragonfly marque la première fois que la NASA pilotera un véhicule multi-rotor pour la science sur une autre planète, il a huit rotors et vole comme un gros drone. Il tirera parti de l'atmosphère dense de Titan - quatre fois plus dense que celle de la Terre - pour devenir le premier véhicule à transporter toute sa charge utile scientifique vers de nouveaux endroits pour un accès répétable et ciblé aux matériaux de surface.

    Titan est un analogue de la toute première Terre et peut fournir des indices sur la façon dont la vie a pu apparaître sur notre planète. Au cours de sa mission de référence de 2,7 ans, Dragonfly explorera divers environnements, des dunes organiques au sol d'un cratère d'impact où de l'eau liquide et des matériaux organiques complexes essentiels à la vie ont coexisté pendant peut-être des dizaines de milliers d'années. Ses instruments étudieront jusqu'où la chimie prébiotique a pu progresser. Ils étudieront également les propriétés atmosphériques et de surface de la lune, ainsi que ses réservoirs océaniques et liquides souterrains. De plus, les instruments rechercheront des preuves chimiques de la vie passée ou existante.

    "Avec la mission Dragonfly, la NASA fera à nouveau ce que personne d'autre ne peut faire", a déclaré l'administrateur de la NASA, Jim Bridenstine. « La visite de ce mystérieux monde océanique pourrait révolutionner ce que nous savons de la vie dans l'univers. Cette mission de pointe aurait été impensable il y a quelques années à peine, mais nous sommes maintenant prêts pour le vol incroyable de Dragonfly.

    Dragonfly a profité de 13 années de données Cassini pour choisir une période de temps calme pour atterrir, ainsi qu'un site d'atterrissage initial sûr et des cibles scientifiquement intéressantes. Il atterrira d'abord sur les champs de dunes équatoriales « Shangri-La », qui sont similaires sur le plan terrestre aux dunes linéaires de Namibie en Afrique australe et offrent un lieu d'échantillonnage diversifié. Dragonfly explorera cette région lors de vols courts, jusqu'à une série de vols plus longs « saute-mouton » allant jusqu'à 8 kilomètres (5 miles), s'arrêtant en cours de route pour prélever des échantillons dans des zones fascinantes à la géographie diversifiée. Il atteindra enfin le cratère d'impact Selk, où il existe des preuves d'eau liquide, de matières organiques - les molécules complexes qui contiennent du carbone, combinées à de l'hydrogène, de l'oxygène et de l'azote - et de l'énergie, qui constituent ensemble la recette de la vie. L'atterrisseur parcourra à terme plus de 175 kilomètres (108 miles), soit près du double de la distance parcourue à ce jour par tous les rovers martiens combinés.

    "Titan ne ressemble à aucun autre endroit du système solaire, et Dragonfly ne ressemble à aucune autre mission", a déclaré Thomas Zurbuchen, administrateur associé pour la science de la NASA au siège de l'agence à Washington. « Il est remarquable de penser à ce giravion qui parcourt des kilomètres et des kilomètres à travers les dunes de sable organiques de la plus grande lune de Saturne, explorant les processus qui façonnent cet environnement extraordinaire. Dragonfly visitera un monde rempli d'une grande variété de composés organiques, qui sont les éléments constitutifs de la vie et pourraient nous renseigner sur l'origine de la vie elle-même.

    Titan a une atmosphère à base d'azote comme la Terre. Contrairement à la Terre, Titan a des nuages ​​et une pluie de méthane. D'autres matières organiques se forment dans l'atmosphère et tombent comme de la neige légère. Les processus météorologiques et de surface de la lune ont combiné des composés organiques, de l'énergie et de l'eau complexes similaires à ceux qui ont pu déclencher la vie sur notre planète.

    Titan est plus grand que la planète Mercure et est la deuxième plus grande lune de notre système solaire. En orbite autour de Saturne, il se trouve à environ 1,4 milliard de kilomètres (886 millions de miles) du Soleil, soit environ 10 fois plus loin que la Terre. Parce qu'il est si loin du Soleil, sa température de surface est d'environ -179°C (-290°F). Sa pression à la surface est également 50 % plus élevée que celle de la Terre.

    Dragonfly a été sélectionné dans le cadre du programme New Frontiers de l'agence, qui comprend la mission New Horizons vers Pluton et la ceinture de Kuiper, Juno vers Jupiter et OSIRIS-REx vers l'astéroïde Bennu. Dragonfly est dirigé par la chercheuse principale Elizabeth Turtle, qui est basée au laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins à Laurel, dans le Maryland. New Frontiers soutient les missions qui ont été identifiées comme les principales priorités d'exploration du système solaire par la communauté planétaire.Le programme est géré par le bureau du programme des missions planétaires du Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, pour la division des sciences planétaires de l'agence à Washington.

    « Le programme New Frontiers a transformé notre compréhension du système solaire, en découvrant la structure interne et la composition de l'atmosphère turbulente de Jupiter, en découvrant les secrets glacés du paysage de Pluton, en révélant des objets mystérieux dans la ceinture de Kuiper et en explorant un astéroïde proche de la Terre pour le éléments constitutifs de la vie », a déclaré Lori Glaze, directrice de la division des sciences planétaires de la NASA. « Maintenant, nous pouvons ajouter Titan à la liste des mondes énigmatiques que la NASA explorera. »


    Contenu

    La considération de Titan en tant qu'environnement pour l'étude de la chimie prébiotique ou de la vie potentiellement exotique découle en grande partie de la diversité de la chimie organique qui se produit dans son atmosphère, entraînée par des réactions photochimiques dans ses couches externes. Les produits chimiques suivants ont été détectés dans la haute atmosphère de Titan par Cassini'spectromètre de masse :

    Étudier Magee, 1050 km Cui, 1050 km Cui, 1077 km Waite et al., 1000-1045 km
    Densité (cm −3 ) (3,18±0,71) x 10 9 (4,84 ± 0,01) x 10 9 (2,27±0,01) x 10 9 (3,19, 7,66) x 10 9
    Proportions des différentes espèces
    Azote (96.3±0.44)% (97.8±0.2)% (97.4±0.5)% (95.5, 97.5)%
    14 N 15 N (1.08±0.06)%
    Méthane (2.17±0.44)% (1.78±0.01)% (2.20±0.01)% (1.32, 2.42)%
    13 CH4 (2,52±0,46) x 10 -4
    Hydrogène (3,38±0,23) x 10 -3 (3,72±0,01) x 10 -3 (3,90±0,01) x 10 -3
    Acétylène (3,42±0,14) x 10 -4 (1,68±0,01) x 10 -4 (1,57±0,01) x 10 -4 (1,02, 3,20) x 10 -4
    Éthylène (3,91±0,23) x 10 -4 (5,04±0,04) x 10 -4 (4,62±0,04) x 10 -4 (0,72, 1,02) x 10 -3
    Éthane (4,57±0,74) x 10 -5 (4,05±0,19) x 10 -5 (2,68±0,19) x 10 -5 (0,78, 1,50) x 10 -5
    Cyanure d'hydrogène (2,44±0,10) x 10 -4
    40 Ar (1,26±0,05) x 10 -5 (1,25±0,02) x 10 -5 (1,10±0,03) x 10 -5
    Propyne (9,20±0,46) x 10 -6 (9,02±0,22) x 10 -6 (6,31±0,24) x 10 -6 (0,55, 1,31) x 10 -5
    Propène (2,33±0,18) x 10 -6 (0,69, 3,59) x 10 -4
    Propane (2,87±0,26) x 10 -6 <1.84 x 10 −6 <2.16e-6(3.90±0.01) x 10 -6
    Diacétylène (5,55±0,25) x 10 -6 (4,92±0,10) x 10 -6 (2,46±0,10) x 10 -6 (1,90, 6,55) x 10 -6
    Cyanogène (2,14±0,12) x 10 -6 (1,70±0,07) x 10 -6 (1,45±0,09) x 10 -6 (1,74, 6,07) x 10 -6
    Cyanoacétylène (1,54±0,09) x 10 -6 (1,43±0,06) x 10 -6 <8.27 x 10 -7
    Acrylonitrile (4,39±0,51) x 10 -7 <4,00 x 10 -7 <5.71 x 10 -7
    Propanenitrile (2,87±0,49) x 10 -7
    Benzène (2,50±0,12) x 10 -6 (2,42±0,05) x 10 -6 (3,90±0,01) x 10 -7 (5,5, 7,5) x 10 -3
    Toluène (2,51±0,95) x 10 -8 <8.73 x 10 -8 (3,90±0,01) x 10 -7 (0,83, 5,60) x 10 -6

    Comme la spectrométrie de masse identifie la masse atomique d'un composé mais pas sa structure, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour identifier le composé exact qui a été détecté. Lorsque les composés ont été identifiés dans la littérature, leur formule chimique a été remplacée par leur nom ci-dessus. Les chiffres de Magee (2009) impliquent des corrections pour le bruit de fond à haute pression. D'autres composés que l'on pense être indiqués par les données et les modèles associés comprennent l'ammoniac, les polyynes, les amines, l'éthylèneimine, l'hydrure de deutérium, l'allène, le 1,3 butadiène et un certain nombre de produits chimiques plus complexes à des concentrations plus faibles, ainsi que le dioxyde de carbone et des quantités limitées de vapeur d'eau. [2] [3] [4]

    En raison de sa distance du Soleil, Titan est beaucoup plus froid que la Terre. Sa température de surface est d'environ 94 K (-179 °C ou -290 °F). À ces températures, la glace d'eau, si elle est présente, ne fond pas, ne s'évapore pas ou ne se sublime pas, mais reste solide. En raison du froid extrême et aussi du manque de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère, des scientifiques comme Jonathan Lunine ont vu Titan moins comme un habitat probable pour la vie extraterrestre, que comme une expérience pour examiner des hypothèses sur les conditions qui prévalaient avant l'apparition de la vie sur Terre. [5] Même si la température de surface habituelle sur Titan n'est pas compatible avec l'eau liquide, les calculs de Lunine et d'autres suggèrent que les impacts de météores pourraient créer des "oasis d'impact" occasionnelles - des cratères dans lesquels l'eau liquide pourrait persister pendant des centaines d'années ou plus, ce qui permettrait la chimie organique à base d'eau. [6] [7] [8]

    Cependant, Lunine n'exclut pas la vie dans un environnement de méthane et d'éthane liquides, et a écrit sur ce que la découverte d'une telle forme de vie (même si très primitive) impliquerait sur la prévalence de la vie dans l'univers. [9]

    Hypothèse passée sur la température Modifier

    Dans les années 1970, les astronomes ont découvert des niveaux étonnamment élevés d'émissions infrarouges de Titan. [10] Une explication possible à cela était que la surface était plus chaude que prévu, en raison d'un effet de serre. Certaines estimations de la température de surface approchaient même les températures des régions les plus froides de la Terre. Il y avait, cependant, une autre explication possible pour les émissions infrarouges : la surface de Titan était très froide, mais la haute atmosphère était chauffée en raison de l'absorption de la lumière ultraviolette par des molécules telles que l'éthane, l'éthylène et l'acétylène. [dix]

    En septembre 1979, Pioneer 11, la première sonde spatiale à effectuer des observations survolées de Saturne et de ses lunes, a envoyé des données montrant que la surface de Titan était extrêmement froide selon les normes terrestres, et bien inférieure aux températures généralement associées à l'habitabilité planétaire. [11]

    Température future Modifier

    Titan pourrait devenir plus chaud à l'avenir. [12] Dans cinq à six milliards d'années, alors que le Soleil deviendra une géante rouge, les températures de surface pourraient atteindre

    200 K (−70 °C), suffisamment élevé pour que des océans stables d'un mélange eau-ammoniac existent à sa surface. Au fur et à mesure que la sortie ultraviolette du Soleil diminue, la brume dans la haute atmosphère de Titan sera appauvrie, diminuant l'effet anti-effet de serre à sa surface et permettant à l'effet de serre créé par le méthane atmosphérique de jouer un rôle bien plus important. Ces conditions réunies pourraient créer un environnement propice aux formes de vie exotiques et persisteront pendant plusieurs centaines de millions d'années. [12] C'était suffisamment de temps pour que la vie simple évolue sur Terre, bien que la présence d'ammoniac sur Titan puisse entraîner des réactions chimiques plus lentes. [12]

    Le manque d'eau liquide à la surface de Titan a été cité par l'astrobiologiste de la NASA Andrew Pohorille en 2009 comme un argument contre la vie là-bas. Pohorille considère que l'eau est importante non seulement en tant que solvant utilisé par "la seule vie que nous connaissons" mais aussi parce que ses propriétés chimiques sont "uniquement adaptées pour favoriser l'auto-organisation de la matière organique". Il s'est demandé si les perspectives de trouver de la vie à la surface de Titan étaient suffisantes pour justifier les dépenses d'une mission qui la chercherait. [13] Cependant, ses affirmations vont à l'encontre de l'idée que la vie sur Terre n'est pas le seul type de vie possible.

    Des simulations en laboratoire ont conduit à suggérer qu'il existe suffisamment de matière organique sur Titan pour déclencher une évolution chimique analogue à ce qui aurait déclenché la vie sur Terre. Alors que l'analogie suppose la présence d'eau liquide pendant des périodes plus longues que ce qui est actuellement observable, plusieurs hypothèses suggèrent que l'eau liquide d'un impact pourrait être conservée sous une couche d'isolement gelée. [14] Il a également été proposé que les océans d'ammoniac pourraient exister profondément sous la surface [15] [16] un modèle suggère une solution ammoniac-eau jusqu'à 200 km de profondeur sous une croûte de glace d'eau, conditions qui, « bien qu'extrêmes par normes terrestres, sont telles que la vie pourrait en effet survivre". [17] Le transfert de chaleur entre les couches intérieures et supérieures serait essentiel au maintien de toute vie océanique sous la surface. [15] La détection de la vie microbienne sur Titan dépendrait de ses effets biogéniques. Par exemple, le méthane et l'azote atmosphériques pourraient être examinés quant à leur origine biogénique. [17]

    Données publiées en 2012 obtenues auprès de la NASA Cassini vaisseau spatial, ont renforcé la preuve que Titan abrite probablement une couche d'eau liquide sous sa coquille de glace. [18]

    Titan est le seul satellite naturel connu (lune) dans le système solaire qui a une atmosphère entièrement développée qui se compose de plus que des traces de gaz. L'atmosphère de Titan est épaisse, chimiquement active et est connue pour être riche en composés organiques, ce qui a conduit à des spéculations sur la possibilité que des précurseurs chimiques de la vie y aient été générés. [19] [20] [21] L'atmosphère contient également de l'hydrogène gazeux, qui circule dans l'atmosphère et l'environnement de surface, et que des êtres vivants comparables aux méthanogènes terrestres pourraient se combiner avec certains des composés organiques (tels que l'acétylène) pour obtenir énergie. [19] [20] [21]

    L'expérience Miller-Urey et plusieurs expériences suivantes ont montré qu'avec une atmosphère similaire à celle de Titan et l'ajout de rayonnement UV, des molécules complexes et des substances polymères comme les tholins peuvent être générées. La réaction commence par la dissociation de l'azote et du méthane, formant du cyanure d'hydrogène et de l'acétylène. D'autres réactions ont été largement étudiées. [22]

    En octobre 2010, Sarah Hörst de l'Université de l'Arizona a rapporté avoir trouvé les cinq bases nucléotidiques - les éléments constitutifs de l'ADN et de l'ARN - parmi les nombreux composés produits lorsque l'énergie était appliquée à une combinaison de gaz comme ceux de l'atmosphère de Titan. Hörst a également trouvé des acides aminés, les éléments constitutifs des protéines. Elle a dit que c'était la première fois que des bases nucléotidiques et des acides aminés étaient trouvés dans une telle expérience sans la présence d'eau liquide. [23]

    En avril 2013, la NASA a signalé que des produits chimiques organiques complexes pourraient apparaître sur Titan sur la base d'études simulant l'atmosphère de Titan. [24] En juin 2013, des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) ont été détectés dans la haute atmosphère de Titan. [25]

    La recherche a suggéré que la polyimine pourrait facilement fonctionner comme un élément constitutif dans les conditions de Titan. [26] L'atmosphère de Titan produit des quantités importantes de cyanure d'hydrogène, qui se polymérisent facilement sous des formes capables de capturer l'énergie lumineuse dans les conditions de surface de Titan. Pour l'instant, la réponse à ce qui se passe avec le cyanure de Titan est inconnue alors qu'il est riche dans la haute atmosphère où il est créé, il est épuisé à la surface, suggérant qu'il y a une sorte de réaction qui le consomme. [27]

    Hydrocarbures comme solvants Modifier

    Bien que tous les êtres vivants sur Terre (y compris les méthanogènes) utilisent de l'eau liquide comme solvant, il est concevable que la vie sur Titan utilise plutôt un hydrocarbure liquide, comme le méthane ou l'éthane. [28] L'eau est un solvant plus fort que les hydrocarbures [29] cependant, l'eau est plus réactive chimiquement et peut décomposer de grosses molécules organiques par hydrolyse. [28] Une forme de vie dont le solvant serait un hydrocarbure ne courrait pas le risque de voir ses biomolécules détruites de cette manière. [28]

    Titan semble avoir des lacs d'éthane liquide ou de méthane liquide à sa surface, ainsi que des rivières et des mers, ce qui, selon certains modèles scientifiques, pourrait soutenir une vie hypothétique non basée sur l'eau. [19] [20] [21] Il a été supposé que la vie pourrait exister dans le méthane et l'éthane liquides qui forment les rivières et les lacs à la surface de Titan, tout comme les organismes sur Terre vivent dans l'eau. [30] De telles créatures hypothétiques prendraient en H2 à la place de O2, le faire réagir avec de l'acétylène au lieu du glucose et produire du méthane au lieu du dioxyde de carbone. [30] Par comparaison, certains méthanogènes sur Terre obtiennent de l'énergie en faisant réagir de l'hydrogène avec du dioxyde de carbone, produisant du méthane et de l'eau.

    En 2005, les astrobiologistes Chris McKay et Heather Smith ont prédit que si la vie méthanogène consomme suffisamment d'hydrogène atmosphérique, cela aura un effet mesurable sur le rapport de mélange dans la troposphère de Titan. Les effets prédits comprenaient un niveau d'acétylène beaucoup plus faible que prévu, ainsi qu'une réduction de la concentration d'hydrogène lui-même. [30]

    Des preuves conformes à ces prédictions ont été rapportées en juin 2010 par Darrell Strobel de l'Université Johns Hopkins, qui a analysé les mesures de la concentration d'hydrogène dans la haute et la basse atmosphère. Strobel a découvert que la concentration d'hydrogène dans la haute atmosphère est tellement plus importante qu'à proximité de la surface que la physique de la diffusion conduit à un écoulement d'hydrogène vers le bas à une vitesse d'environ 10 25 molécules par seconde. Près de la surface, l'hydrogène descendant semble disparaître. [29] [30] [31] Un autre document publié le même mois a montré de très faibles niveaux d'acétylène sur la surface de Titan. [29]

    Chris McKay a convenu avec Strobel que la présence de la vie, comme suggéré dans l'article de McKay de 2005, est une explication possible des découvertes sur l'hydrogène et l'acétylène, mais a également averti que d'autres explications sont actuellement plus probables : à savoir la possibilité que les résultats soient dus à l'homme erreur, à un processus météorologique, ou à la présence d'un catalyseur minéral permettant à l'hydrogène et à l'acétylène de réagir chimiquement. [1] [32] Il a noté qu'un tel catalyseur, efficace à -178 °C (95 K), est actuellement inconnu et serait en soi une découverte surprenante, bien que moins surprenante que la découverte d'une forme de vie extraterrestre. [1]

    Les découvertes de juin 2010 ont suscité un intérêt considérable dans les médias, y compris un rapport dans le journal britannique, le Telegraph, qui parlait d'indices sur l'existence d'"extraterrestres primitifs". [33]

    Membranes cellulaires Modifier

    Une hypothétique membrane cellulaire capable de fonctionner dans le méthane liquide a été modélisée en février 2015. [34] La base chimique proposée pour ces membranes est l'acrylonitrile, qui a été détecté sur Titan. [35] Appelé « azotosome » (« corps azoté »), formé de « azoto », grec pour azote, et « soma », grec pour corps, il manque du phosphore et de l'oxygène présents dans les phospholipides sur Terre mais contient de l'azote. Malgré la structure chimique et l'environnement externe très différents, ses propriétés sont étonnamment similaires, notamment l'autoformation des feuilles, la flexibilité, la stabilité et d'autres propriétés. Selon des simulations informatiques, les azotosomes ne pourraient pas se former ou fonctionner dans les conditions météorologiques rencontrées sur Titan. [36]

    Une analyse de Cassini les données, achevées en 2017, ont confirmé des quantités substantielles d'acrylonitrile dans l'atmosphère de Titan. [37] [38]

    Habitabilité comparée Modifier

    Afin d'évaluer la probabilité de trouver toute sorte de vie sur diverses planètes et lunes, Dirk Schulze-Makuch et d'autres scientifiques ont développé un indice d'habitabilité planétaire qui prend en compte des facteurs tels que les caractéristiques de la surface et de l'atmosphère, la disponibilité de l'énergie, les solvants et composés organiques. [39] En utilisant cet indice, basé sur des données disponibles fin 2011, le modèle suggère que Titan a la cote d'habitabilité actuelle la plus élevée de tous les mondes connus, autre que la Terre. [39]

    Titan comme cas de test Modifier

    Tandis que le Cassini–Huygens La mission n'était pas équipée pour fournir des preuves de biosignatures ou d'éléments organiques complexes, elle a montré un environnement sur Titan qui est similaire, à certains égards, à ceux théorisés pour la Terre primordiale. [40] Les scientifiques pensent que l'atmosphère de la Terre primitive était de composition similaire à l'atmosphère actuelle sur Titan, à l'exception importante d'un manque de vapeur d'eau sur Titan. [41] De nombreuses hypothèses ont été développées pour tenter de franchir le pas de l'évolution chimique à l'évolution biologique.

    Titan est présenté comme un cas test pour la relation entre la réactivité chimique et la vie, dans un rapport de 2007 sur les conditions limitantes de la vie préparé par un comité de scientifiques du National Research Council des États-Unis. Le comité, présidé par John Baross, a estimé que « si la vie est une propriété intrinsèque de la réactivité chimique, la vie devrait exister sur Titan. En effet, pour que la vie n'existe pas sur Titan, il faudrait argumenter que la vie n'est pas une propriété intrinsèque de la réactivité des molécules carbonées dans des conditions où elles sont stables. » [42]

    David Grinspoon, l'un des scientifiques qui a proposé en 2005 que des organismes hypothétiques sur Titan pourraient utiliser de l'hydrogène et de l'acétylène comme source d'énergie, [43] a mentionné l'hypothèse de Gaia dans le contexte de la discussion sur la vie de Titan. Il suggère que, tout comme l'environnement de la Terre et ses organismes ont évolué ensemble, la même chose est susceptible de s'être produite sur d'autres mondes avec la vie sur eux. Du point de vue de Grinspoon, les mondes qui sont "géologiquement et météorologiquement vivants sont beaucoup plus susceptibles d'être biologiquement vivants également". [44]

    Panspermie ou origine indépendante Modifier

    Une autre explication de l'existence hypothétique de la vie sur Titan a été proposée : si la vie avait été trouvée sur Titan, elle aurait pu provenir de la Terre dans un processus appelé panspermie. Il est théorisé que les grands impacts d'astéroïdes et de comètes sur la surface de la Terre ont fait échapper à la gravité terrestre des centaines de millions de fragments de roche chargée de microbes. Les calculs indiquent qu'un certain nombre d'entre eux rencontreraient de nombreux corps du système solaire, y compris Titan. [45] [46] D'un autre côté, Jonathan Lunine a soutenu que tout être vivant dans les lacs d'hydrocarbures cryogéniques de Titan devrait être chimiquement si différent de la vie terrestre qu'il ne serait pas possible que l'un soit l'ancêtre de l'autre. [47] Du point de vue de Lunine, la présence d'organismes dans les lacs de Titan signifierait une seconde origine indépendante de la vie dans le système solaire, ce qui implique que la vie a une forte probabilité d'émerger sur des mondes habitables à travers le cosmos. [48]

    La mission Titan Mare Explorer proposée, un atterrisseur de classe Discovery qui s'écraserait dans un lac, "aurait la possibilité de détecter la vie", selon l'astronome Chris Impey de l'Université de l'Arizona. [49]

    Le prévu Libellule La mission du giravion est destinée à atterrir sur un sol solide et à se déplacer plusieurs fois. [50] Libellule sera la Mission #4 du programme New Frontiers. Ses instruments étudieront jusqu'où la chimie prébiotique a pu progresser. [51] Libellule transportera du matériel pour étudier la composition chimique de la surface de Titan et pour échantillonner la basse atmosphère pour d'éventuelles biosignatures, y compris les concentrations d'hydrogène. [51]


    Une étrange molécule en forme d'anneau sur Titan pourrait être un élément constitutif de la vie

    Une molécule circulaire repérée sur la lune Titan de Saturne pourrait aider à former des précurseurs de la vie. Ce composé n'a jamais été vu dans l'atmosphère d'aucune planète ou lune auparavant.

    La molécule est appelée cyclopropénylidène et est composée de trois atomes de carbone dans un cycle avec deux atomes d'hydrogène attachés. Conor Nixon du Goddard Space Flight Center de la NASA dans le Maryland et ses collègues l'ont repéré flottant dans l'atmosphère épaisse de Titan à l'aide du grand réseau millimétrique/submillimétrique d'Atacama au Chili.

    Trouver cette molécule sur Titan a été une surprise. Il est extrêmement réactif - s'il se heurte à d'autres particules, il a tendance à réagir rapidement chimiquement avec elles pour former de nouveaux composés. Pour cette raison, il n'avait auparavant été observé que dans des nuages ​​ténus de gaz et de poussière dans l'espace interstellaire. D'une manière ou d'une autre, cela dure dans les couches supérieures du ciel de Titan.

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    Lire la suite : Return to Titan : Pourquoi ce monde glacial est notre meilleur pari pour trouver la vie

    Les molécules en forme d'anneau comme celle-ci ont tendance à agir comme les éléments constitutifs des molécules nécessaires à la vie, telles que l'ADN et l'ARN. "C'est un très petit bloc de construction, mais vous pouvez construire des choses de plus en plus grandes avec", explique Nixon. "Je ne pense pas que quiconque croit nécessairement qu'il y a des microbes sur Titan, mais le fait que nous puissions former des molécules complexes comme celle-ci sur Titan pourrait nous aider à nous dire comment la vie a commencé sur Terre."

    Les conditions sur Titan maintenant peuvent être similaires à celles sur Terre au début de l'histoire de la planète, lorsque l'air était dominé par le méthane au lieu de l'oxygène. Étudier son potentiel de vie pourrait également nous aider à en apprendre davantage sur les débuts de la vie ici.

    Titan possède la plus grande variété de molécules sur toutes les lunes ou planètes que nous avons étudiées, dit Nixon. "C'est en quelque sorte ce terrain de chasse heureux pour de nouvelles choses", dit-il. "Des molécules comme celle-ci sont presque un signe avant-coureur qu'il y a une chimie plus excitante à trouver."

    Pour le moment, nous ne pouvons le rechercher que depuis la Terre, mais le vaisseau spatial Dragonfly, dont le lancement est prévu en 2027, examinera de près la surface de Titan.

    Référence de la revue : Le journal astronomique, DOI : 10.3847/1538-3881/abb679

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    Commentaires:

    1. Jerric

      D'où me vient la noblesse ?

    2. Raghib

      C'est remarquable, c'est une pièce amusante

    3. Talib

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