Lo smog di Titano

Titano ripreso in falsi colori dalla sonda Cassini - Credit: NASA/JPL/Space Science Institute

Quante volte ci è capitato, specie da un luogo abbastanza alto, di vedere una cappa di smog nelle pianure più in basso e magari pensare che quello schifo lo respiriamo anche noi per tutto l’anno. Quello è un sottoprodotto delle nostre automobili che pompano ossidi di azoto e altre schifezze simili nell’atmosfera inferiore, dove la luce del Sole li trasforma in particelle di aerosol.
Un altro mondo ricco di smog, ma di altra natura, è Titano, la cui atmosfera, come quella terrestre, è dominata dall’azoto.
L’atmosfera di Titano contiene anche un po’ di metano (CH4). Sotto la luce solare questi due gas si comportano come lo smog sulla terra: si ricombinano formando strati di aerosol opachi che impediscono l’osservazione della superficie del satellite.
Si era supposto che la foschia di Titano fosse dovuta principalmente da etano (C2H6) che avrebbe dovuto creare una continua pioggia sulla superficie, eppure quando la sonda Huygens atterrò (o attitanò?) su Titano non fece ‘splash’, ma ‘punf’, come ci insegnano i fumetti.

I criovulcani di Encelado Credit: NASA/JPL/Space Science Institute

Questo tonfo in parte inatteso, mise in allarme i ricercatori dell’atmosfera di Titano, che dovettero in parte rivedere le loro teorie. Si scoprì che ad esempio, l’atmosfera del satellite conteneva anche un po’ d’ossigeno, come rivelò nel 2004 la sonda Cassini. Il responsabile probabilmente era Encelado, che spruzza continuamente vapore acqueo nello spazio attraverso quei fenomeni che oggi sono conosciuti come criovulcanismo, dove questo viene poi dissociato in ossigeno e idrogeno dalla radiazione solare. Tutto questo rende la chimica della parte superiore dell’atmosfera di Titano molto più interessante.

Le particelle ricreate in laboratorio (toline) osservate al microscopio elettronico. Credit: Edith Hadamuck / UPMC / Univ. di Parigi

Un team di ricerca internazionale guidato dalla studentessa laureata Sarah Horst [1] ha avuto l’idea di riprodurre l’atmosfera superiore di Titano, rifacendosi un po’ agli esperimenti di Miller-Hurey pompando energia a microonde in una miscela di azoto, metano e ossigeno a bassa pressione.
Il risultato è stato una nebbiolina composta da idrocarburi non più grandi di 0,1 micron non dissimile a quella responsabile dello smog nell’atmosfera di Titano chiamati toline. La parte più eccitante della scoperta è stata quando Horst e il suo team ha analizzato la composizione di quelle goccioline: tra di loro c’erano i cinque nucleotidi necessari alla formazione del DNA e RNA (adenina, citosina, guanina, timina, uracile) e un’altra manciata di amminoacidi. Scherzando, ma non troppo, Hurst ha definito i risultati “Come se qualcuno avesse starnutito nella provetta”, ma accurati controlli successivi hanno escluso qualsiasi ipotesi di contaminazione, confermando che questi composti erano stati sintetizzati durante l’esperimento.

Chimica delle toline nell'atmosfera di Titano Credit: NASA Jet Propulsion Laboratory (NASA-JPL)

Il termine Toline (dal greco Tholos che vuol dire fango) fu coniato dall’astronomo Carl Sagan [2] per descrivere le sostanze organiche che dovrebbero generarsi quando miscele ricche di azoto e metano, tipiche in alcune atmosfere planetarie e nelle comete, interagiscono sotto l’azione della radiazione ultravioletta delle stelle. Non è quindi una mescola specifica ma è un termine generalmente usato per descrivere la componente organica rossastra di alcune superfici planetarie del sistema solare esterno e di alcuni gusci protoplanetari.

Le toline possono pertanto essere un efficace schermo per la radiazione ultravioletta, da consentire la possibile esistenza di microbiche forme di vita sulla superficie del satellite [3].
Quindi le toline potrebbebbero essere il principale alimento per microscopici microrganismi eterotrofi evolutisi ancora prima di batteri autotrofi come ad esempio i metanogeni [4].
Lo scenario aperto da questi esperimenti, combinati con i dati in arrivo continuamente dalla sonda Cassini, apre quindi un nuovo interessante dibattito scientifico sulla Vita extraterrestre: non c’è quindi bisogno di una superficie solida o di uno specchio d’acqua per sviluppare una chimica prebiotica importante: si può addirittura ipotizzare che possa svilupparsi una vita microbica sulla superficie planetaria che utilizzerebbe le toline come sua unica fonte di carbonio e di energia, che per essa rappresenterebbe una vera manna dal cielo.


[1] http://www.lpl.arizona.edu/spotlight.php?ID=73

[2] http://www.nature.com/nature/journal/v277/n5692/abs/277102a0.html

[3] http://www.spectroscopynow.com/coi/cda/detail.cda?chId=4&id=14793&type=Feature&page=1

[4] http://adsabs.harvard.edu/abs/1990Icar…85..241S

Indizi vitali su Titano

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Un mare di metano su Titano

Studiando gli ultimissimi dati provenienti dalla sonda Cassini sono state scoperte  delle complesse attività chimiche che avvengono sulla superficie di Titano, il più grande satellite di Saturno. Sebbene sia  sempre e comunque bene puntualizzare il caso che anche reazioni chimiche non biologiche possono fornire una spiegazione, secondo alcuni  scienziati queste tracce chimiche sono degli indicatori plausibili di forme di vita basate sul metano in quanto soddisfano due condizioni importanti di un modello proposto dagli astrobiologi .

Questi indicatori sono la scomparsa di molecole di idrogeno atmosferico alla superficie del pianeta e la mancanza di acetilene nella mappa degli idrocarburi di Titano.
Per l’astrobiologo Chris McKay del Ames Research Center della NASA la mancanza di acetilene è importante in quanto essa potrebbe essere la migliore fonte di energia per una forma di vita a base metano, praticamente l’acetilene potrebbe essere il suo alimento, ma anche che l’idrogeno (o meglio la sua mancanza) è un ottimo indicatore perché tutti i meccanismi proposti per estrarre energia chimica dall’acetilene coinvolgono appunto l’idrogeno, l’aria che questa ipotetica forma di vita respira. Mkay aveva già proposto alcune teorie  sulle forme di vita basate sul ciclo del metano nel 2005 [cite]http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103505002009 [/cite].

 
Punto triplo del metano
Esso è il punto in cui le condizioni fisiche (temperatura e pressione) consentono la coesistenza delle tre forme liquida, solida e gassosa che per il metano avviene a 90,67 K (-182,48 °C) e 4,6 MPa

Fino ad ora forme di vita a base di metano sono solo ipotetiche, sulla Terra i microbi che prosperano e producono metano sono comunque forme di vita che usano l’acqua come solvente, mentre su Titano le temperature sono di appena 90° K (-183° Celsius) vicine al punto triplo del metano. A quelle temperature l’acqua non può esistere allo stato liquido necessario alle forme di vita come le conosciamo sulla Terra.

Darrel Strobel della Johns Hopkins University di Baltimora, analizzando i dati dello spettrometro a infrarossi di Cassini ha scoperto che I risultati della distribuzione dell’idrogeno atmosferico sono coerenti con le condizioni che potrebbero essere prodotte da una forma di vita a base di metano, ma che questa non può essere  una prova definitiva della sua esistenza. I modelli precedenti avevano previsto che le molecole di idrogeno, un sottoprodotto della luce solare ultravioletta che scinde l’acetilene e il metano nell’atmosfera superiore, dovevano essere distribuiti abbastanza equamente in tutti gli strati atmosferici. Invece in realtà i dati finora raccolti indicano una disparità nella densità di idrogeno che scompare verso la superficie ad una velocità di circa 10.000 trilioni di trilioni di molecole di idrogeno al secondo. Più o meno è circa lo stesso tasso di dispersione dell’atmosfera superiore.
Strobel ha detto che non è probabile che l’idrogeno sia conservato al di sotto della superficie di Titano. La superficie di Titano è così fredda che un processo chimico ha bisogno di  un catalizzatore per convertire le molecole di idrogeno e acetilene in metano, anche se complessivamente ci sarebbe un rilascio netto di energia. La barriera di energia potrebbe essere superata se ci fosse un minerale sconosciuto che agisce da catalizzatore sulla superficie di Titano
La mappatura degli idrocarburi guidato da Roger Clark, uno scienziato dell’US Geological Survey di Denver, è stata fatta esaminando i dati della mappatura visiva e dello spettrometro ad infrarossi della Cassini. Ci si aspettava che le interazioni del Sole con l’atmosfera producessero acetilene che avrebbero rivestito la superficie di Titano, ma Cassini non ha rilevato nessuna traccia di acetilene in superficie. Al contrario, lo spettrometro di Cassini ha rilevato una mancanza di ghiaccio d’acqua sulla superficie di Titano, quanto piuttosto grandi quantità di benzene e di altro materiale, che sembra essere un composto organico che gli scienziati non sono ancora stati in grado di identificare. I risultati portano a dedurre che i composti organici sono mescolati col ghiaccio d’acqua, che costituisce comunque la superficie di Titano, ricoprendolo con una pellicola di idrocarburi che varia da almeno pochi millimetri a qualche centimetro. Il ghiaccio rimane coperto anche dal flusso di etano e metano liquido su tutta la superficie di Titano che forma laghi e mari, come l’acqua fa sulla Terra.
“La chimica dell’atmosfera di Titano produce composti organici così velocemente che la superficie ghiacciata non si ripulisce nonostante che i flussi di metano ed etano liquidi li lavino via continuamente”, ha detto Clark. “Tutto ciò indica che Titano è un ambiente dinamico comandato dalla chimica organica.”
L’assenza di acetilene rilevata sulla superficie di Titano può benissimo avere una spiegazione non biologica, ha dichiarato Mark Allen, ricercatore principale con la squadra della NASA Astrobiology Institute Titan. Esiste la possibilità che sia la luce solare o i raggi cosmici a trasformare l’acetilene in molecole più complesse che cadono a terra senza la firma caratteristica dell’acetilene.
“Il conservatorismo scientifico suggerisce che una spiegazione biologica dovrebbe essere l’ultima scelta, dopo che tutte le spiegazioni non biologiche siano studiate”, ha detto Allen “Abbiamo un sacco di lavoro da fare per escludere tutte le possibili spiegazioni non biologiche. È più probabile che un processo chimico, senza la biologia, sia in grado di spiegare questi risultati – per esempio, reazioni che coinvolgono catalizzatori minerali”. 
Comunque sognare è lecito.