[/подпись]
Из Университета Аризоны
Группа ученых из Университета Аризоны сообщила о первом экспериментальном свидетельстве того, как атмосферный азот может быть включен в органические макромолекулы. Открытие указывает на то, какие органические молекулы могут быть найдены на Титане, луне Сатурна, которые, по мнению ученых, являются моделью химии дожизненной Земли.
Земля и Титан - единственные известные тела размером с планету, которые имеют плотную, преимущественно азотную атмосферу, сказал Хироши Иманака, проводивший исследование, будучи сотрудником отдела химии и биохимии UA.
По словам Иманаки, как сложные органические молекулы становятся азотистыми в таких условиях, как ранняя Земля или атмосфера Титана, остается большой загадкой.
«Титан настолько интересен, потому что его атмосфера, в которой преобладает азот, и органическая химия могут дать нам ключ к разгадке происхождения жизни на нашей Земле», - сказал Иманака, ныне помощник научного сотрудника в Лаборатории Луны и планет UA. «Азот - важный элемент жизни».
Однако подойдет не только азот. Газообразный азот необходимо преобразовать в более химически активную форму азота, которая может управлять реакциями, составляющими основу биологических систем.
Иманака и Марк Смит преобразовали газовую смесь азота и метана, подобную атмосфере Титана, в набор азотсодержащих органических молекул, облучив газ ультрафиолетовыми лучами высокой энергии. Лабораторная установка была разработана таким образом, чтобы имитировать влияние солнечной радиации на атмосферу Титана.
По словам Смита, профессора UA и главы химии и биохимии, большая часть азота перешла непосредственно в твердые соединения, а не в газообразные. Предыдущие модели предсказывали, что азот будет переходить из газообразных соединений в твердые в более длительном пошаговом процессе.
Титан выглядит оранжевым, потому что планету окутывает смог органических молекул. «Частицы в смоге в конечном итоге осядут на поверхности и могут подвергнуться воздействию условий, которые могут создать жизнь», - сказал Иманака, который также является главным исследователем в Институте SETI в Маунтин-Вью, Калифорния.
Однако ученые не знают, содержат ли частицы смога Титана азот. По словам Смита, если некоторые из частиц являются теми же азотсодержащими органическими молекулами, которые команда UA создала в лаборатории, условия, благоприятные для жизни, более вероятны.
По словам Смита, лабораторные наблюдения, подобные этим, указывают на то, что следует искать в следующих космических миссиях и какие инструменты следует разработать, чтобы помочь в поисках.
Документ Иманаки и Смита «Образование азотистых органических аэрозолей в верхних слоях атмосферы Титана» планируется опубликовать в раннем онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences на неделе 28 июня. НАСА предоставило финансирование для исследования.
Исследователи UA хотели смоделировать условия в тонких верхних слоях атмосферы Титана, потому что результаты миссии Кассини показали, что «экстремальное УФ» излучение, попадающее в атмосферу, создает сложные органические молекулы.
Поэтому Иманака и Смит использовали усовершенствованный источник света в синхротоне Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Беркли, Калифорния, чтобы направить высокоэнергетический УФ-свет в цилиндр из нержавеющей стали, содержащий газообразный азот и метан, находящийся под очень низким давлением.
Исследователи использовали масс-спектрометр для анализа химических веществ, образовавшихся в результате излучения.
Как бы просто это ни звучало, установка экспериментального оборудования сложна. Сам ультрафиолетовый свет должен проходить через серию вакуумных камер на своем пути в газовую камеру.
Многие исследователи хотят использовать усовершенствованный источник света, поэтому конкуренция за время, проведенное на приборе, является жесткой. Иманаке и Смиту выделяли один или два временных интервала в год, каждый из которых был по восемь часов в день в течение всего лишь пяти-десяти дней.
Для каждого временного интервала Иманака и Смит должны были упаковать все экспериментальное оборудование в фургон, поехать в Беркли, установить хрупкое оборудование и начать серию интенсивных экспериментов. Иногда они работали более 48 часов подряд, чтобы максимально эффективно использовать усовершенствованный источник света. На выполнение всех необходимых экспериментов ушли годы.
Иманака сказал: «Если мы упустим хотя бы один винт, это будет нервировать».
Вначале он анализировал только газы из баллона. Но никаких азотсодержащих органических соединений он не обнаружил.
Иманака и Смит подумали, что в экспериментальной установке что-то не так, поэтому они изменили систему. Но азота по-прежнему нет.
«Это была настоящая загадка, - сказал Иманака, первый автор статьи. «Куда делся азот?»
Наконец, два исследователя собрали кусочки коричневого мусора, скопившиеся на стенке цилиндра, и проанализировали их с помощью того, что Иманака назвал «самой сложной техникой масс-спектрометрии».
Иманака сказал: «Тогда я наконец нашел азот!»
Иманака и Смит подозревают, что такие соединения образуются в верхних слоях атмосферы Титана и в конечном итоге падают на поверхность Титана. Оказавшись на поверхности, они вносят свой вклад в среду, способствующую развитию жизни.