[/شرح]
من جامعة أريزونا
تم الإبلاغ عن أول دليل تجريبي يوضح كيف يمكن دمج النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي في الجزيئات الضخمة العضوية بواسطة فريق من جامعة أريزونا. يشير الاكتشاف إلى الجزيئات العضوية التي يمكن العثور عليها على تيتان ، قمر زحل الذي يعتقد العلماء أنه نموذج لكيمياء الأرض قبل الحياة.
قال هيروشي إيماناكا ، الذي أجرى البحث عندما كان عضوًا في قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية في UA ، إن الأرض وتيتان هما الجسمان الوحيدان المعروفان بحجم الكواكب التي لها غلاف جوي سميك يغلب عليه النيتروجين.
قال إيماناكا إن كيفية تحول الجزيئات العضوية المعقدة إلى النيتروجين في أماكن مثل الأرض المبكرة أو الغلاف الجوي لتيتان يعد لغزًا كبيرًا.
قال إيماناكا ، الذي يعمل الآن باحثًا مساعدًا في مختبر القمر والكواكب في UA: 'تيتان مثير جدًا للاهتمام لأن الغلاف الجوي الذي يهيمن عليه النيتروجين والكيمياء العضوية قد تعطينا فكرة عن أصل الحياة على الأرض'. 'النيتروجين عنصر أساسي في الحياة.'
ومع ذلك ، لن يفعل أي نيتروجين فقط. يجب تحويل غاز النيتروجين إلى شكل أكثر نشاطًا كيميائيًا من النيتروجين يمكنه دفع التفاعلات التي تشكل أساس الأنظمة البيولوجية.
حول إيماناكا ومارك سميث خليط غاز النيتروجين والميثان المشابه لجو تيتان إلى مجموعة من الجزيئات العضوية المحتوية على النيتروجين عن طريق تشعيع الغاز بأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة. تم تصميم المختبر لتقليد كيفية تأثير الإشعاع الشمسي على الغلاف الجوي لتيتان.
قال سميث ، أستاذ جامعي الولايات المتحدة ورئيس قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية ، إن معظم النيتروجين انتقل مباشرة إلى المركبات الصلبة ، بدلاً من المركبات الغازية. توقعت النماذج السابقة أن ينتقل النيتروجين من المركبات الغازية إلى المركبات الصلبة في عملية متدرجة أطول.
يبدو تيتان برتقالي اللون لأن الضباب الدخاني من الجزيئات العضوية يلف الكوكب. قال إيماناكا ، وهو أيضًا باحث رئيسي في معهد SETI في ماونتن فيو بولاية كاليفورنيا ، إن الجسيمات الموجودة في الضباب الدخاني ستستقر في النهاية على السطح وقد تتعرض لظروف يمكن أن تخلق الحياة.
ومع ذلك ، لا يعرف العلماء ما إذا كانت جزيئات الضباب الدخاني في تيتان تحتوي على النيتروجين. قال سميث إنه إذا كانت بعض الجسيمات هي نفس الجزيئات العضوية المحتوية على النيتروجين التي أنشأها فريق UA في المختبر ، فمن المرجح أن تكون الظروف المواتية للحياة.
قال سميث إن الملاحظات المعملية مثل هذه تشير إلى ما يجب أن تبحث عنه مهمات الفضاء القادمة والأدوات التي يجب تطويرها للمساعدة في البحث.
من المقرر نشر بحث إيماناكا وسميث ، 'تكوين الهباء العضوي النيتروجيني في الغلاف الجوي العلوي لتيتان' ، في الإصدار المبكر عبر الإنترنت من وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الأسبوع الذي يبدأ في 28 يونيو. وقدمت وكالة ناسا التمويل للبحث.
أراد باحثو UA محاكاة الظروف في الغلاف الجوي العلوي الرقيق لتيتان لأن نتائج مهمة كاسيني أشارت إلى أن الأشعة فوق البنفسجية الشديدة التي تضرب الغلاف الجوي تخلق جزيئات عضوية معقدة.
لذلك ، استخدم إيماناكا وسميث مصدر الضوء المتقدم في مختبر لورنس بيركلي الوطني السنكروتون في بيركلي ، كاليفورنيا لتصوير ضوء الأشعة فوق البنفسجية عالي الطاقة في أسطوانة فولاذية مقاومة للصدأ تحتوي على غاز النيتروجين والميثان المحتفظ به عند ضغط منخفض جدًا.
استخدم الباحثون مطياف الكتلة لتحليل المواد الكيميائية الناتجة عن الإشعاع.
على الرغم من أنه يبدو بسيطًا ، إلا أن إعداد المعدات التجريبية معقد. يجب أن يمر ضوء الأشعة فوق البنفسجية نفسه عبر سلسلة من غرف التفريغ في طريقه إلى غرفة الغاز.
يرغب العديد من الباحثين في استخدام مصدر الضوء المتقدم ، لذا فإن المنافسة على الوقت على الجهاز شرسة. تم تخصيص خانات زمنية واحدة أو اثنتين في Imanaka و Smith في السنة ، كل منها لمدة ثماني ساعات في اليوم لمدة خمسة إلى 10 أيام فقط.
في كل فترة زمنية ، كان على إيماناكا وسميث حزم جميع المعدات التجريبية في شاحنة ، والقيادة إلى بيركلي ، وإعداد المعدات الدقيقة والانطلاق في سلسلة مكثفة من التجارب. لقد عملوا أحيانًا لأكثر من 48 ساعة متواصلة للحصول على أقصى استفادة من وقتهم في مصدر الضوء المتقدم. استغرق إكمال جميع التجارب اللازمة سنوات.
قالت إيماناكا: 'لقد كان الأمر مرهقًا للأعصاب ، إذا فقدنا مسمارًا واحدًا فقط ، فإنه يفسد وقت شعاعنا'.
في البداية ، قام فقط بتحليل الغازات من الاسطوانة. لكنه لم يكتشف أي مركبات عضوية تحتوي على النيتروجين.
اعتقد إيماناكا وسميث أن هناك شيئًا خاطئًا في الإعداد التجريبي ، لذلك قاموا بتعديل النظام. ولكن لا يوجد نيتروجين حتى الآن.
قال إيماناكا ، المؤلف الأول للصحيفة: 'لقد كان لغزا تماما'. 'أين ذهب النيتروجين؟'
أخيرًا ، قام الباحثان بجمع أجزاء من المادة اللزجة البنية التي تجمعت على جدار الأسطوانة وقاموا بتحليلها باستخدام ما أسماه إيماناكا 'أكثر تقنيات مطياف الكتلة تعقيدًا'.
قال إيماناكا ، 'ثم وجدت النيتروجين أخيرًا!'
يشك إيماناكا وسميث في أن مثل هذه المركبات تتشكل في الغلاف الجوي العلوي لتيتان وتسقط في النهاية على سطح تيتان. بمجرد ظهورها على السطح ، فإنها تساهم في بيئة مواتية لتطور الحياة.