L’atmosphère de Titan a été recréée dans un laboratoire terrestre


L'atmosphère de Titan a été recréée dans un laboratoire terrestre

Crédit photo: NASA

Au-delà de la Terre, le consensus scientifique général est que Mars est le meilleur endroit pour rechercher des preuves de la extraterrestre. Cependant, ce n’est en aucun cas le seul endroit. Mis à part les nombreuses planètes extrasolaires qui ont été classées comme «potentiellement habitables», il existe de nombreux autres candidats ici notre système solaire. Cela inclut les nombreux satellites glacés qui auraient des océans intérieurs qui pourraient abriter la vie.

Parmi eux se trouve Titan, la plus grande lune de Saturne, dans l’atmosphère et la de laquelle se déroulent toutes sortes de chimie organique. Depuis quelque temps déjà, les scientifiques soupçonnent que l’étude de l’atmosphère de Titan pourrait fournir des indices importants sur les premiers stades de l’évolution de la vie sur Terre. Grâce aux nouvelles recherches du géant technologique IBM, une équipe de chercheurs a réussi à restaurer les conditions atmosphériques sur Titan dans un .

Ses recherches sont décrites dans un article intitulé « Imaging Titans Organic Haze at the Atomic Scale », paru récemment dans le numéro du 12 février de Les lettres du journal astrophysique. L’équipe de recherche était dirigée par le Dr. Fabian Schulz et Dr. Julien Maillard et comprenait de nombreux collègues d’IBM Research-Zurich, de l’Université de Paris-Saclay, de l’Université de Rouen à Mont-Saint-Aignan et de l’Institut Fritz Haber de la société Max Planck.

Une grande partie de ce que nous savons sur Titan aujourd’hui est grâce au vaisseau spatial Cassini, qui a orbité autour de Saturne de 2004 à 2017 et a achevé sa mission en se plongeant dans l’atmosphère de Saturne. Pendant ce temps, Cassini a pris de nombreuses mesures directes de l’atmosphère de Titan et a révélé un environnement étonnamment semblable à la Terre. Fondamentalement, le titane est le seul autre corps du système solaire dans lequel une atmosphère d’azote dense et des processus organiques ont lieu.

L'atmosphère de Titan a été recréée dans un laboratoire terrestre

Le concept de cet artiste d’un lac au pôle de la lune de Saturne, Titan, montre des bords surélevés et des remparts tels que vus par le vaisseau spatial Cassini de la NASA autour du lacus de la lune de Winnipeg. Crédit photo: NASA / JPL-Caltech

Particulièrement intéressant est le fait que les scientifiques pensent que l’atmosphère terrestre aurait pu être similaire il y a environ 2,8 milliards d’années. Cela coïncide avec l’ère mésoarchique, une époque où les cyanobactéries photosynthétiques ont créé les premiers systèmes de récifs et ont lentement converti le dioxyde de carbone atmosphérique de la Terre en oxygène gazeux (ce qui a finalement conduit à son équilibre actuel en azote et oxygène).

Bien que l’on pense que la surface de Titan contient des indices qui pourraient améliorer notre compréhension de la façon dont la vie est née dans notre système solaire, obtenir une vue claire de cette surface a été un problème. La raison à cela réside dans l’atmosphère de titane, qui est imprégnée par une brume photochimique dense qui diffuse la lumière. Comme Leo Gross et Nathalie Carrasco (co-auteurs de l’étude) l’ont déclaré dans un article récent publié sur le blog IBM Research:

« La brume de Titan est constituée de nanoparticules constituées d’une multitude de molécules organiques grandes et complexes contenant du carbone, de l’hydrogène et de l’azote. Ces molécules se forment dans une cascade de réactions chimiques lorsque le (ultraviolet et cosmique) frappe le mélange de méthane , l’azote et d’autres gaz se rencontrent dans des atmosphères comme les titans. « 

En conséquence, il y a encore beaucoup de choses que les scientifiques ignorent sur les processus qui alimentent l’atmosphère de Titan, y compris la structure chimique exacte des grosses molécules qui composent cette brume. Pendant des décennies, les astrochimistes ont mené des expériences en laboratoire sur des molécules organiques similaires connues sous le nom de tholines – un terme dérivé du mot grec pour «boueux» (ou «nuageux»).

L'atmosphère de Titan a été recréée dans un laboratoire terrestre

L’expérience PAMPRE, qui simule l’atmosphère de Titan. Crédit photo: Nathalie Carrasco

Les tholines font référence à une grande variété de composés organiques carbonés qui se forment lorsqu’ils sont exposés aux UV solaires ou aux rayons cosmiques. Ces molécules sont courantes dans le système solaire externe et se trouvent généralement dans les corps glacés où la couche de surface contient de la glace de méthane exposée au rayonnement. Leur présence est indiquée par une surface d’apparence rougeâtre ou présentant des taches de couleur sépia.

Pour leur étude, l’équipe dirigée par Schulz et Maillard a mené une expérience dans laquelle ils ont observé Tholine à différents stades de l’enseignement dans un laboratoire. Comme l’expliquent Gross et Carrasco:

«Nous avons inondé une cuve en acier inoxydable avec un mélange de méthane et d’azote, puis avons déclenché des réactions chimiques au moyen d’une décharge électrique, qui imitait les conditions de l’atmosphère de titane. Nous avons ensuite analysé plus de 100 molécules résultantes dans notre laboratoire de Zurich qui composent Titans Tholine il y a des images de résolution atomique d’environ une douzaine d’entre eux avec notre microscope à force atomique à basse température fabriqué par nos soins. « 

En dissolvant des molécules de différentes tailles, l’équipe a pu mieux comprendre les différentes étapes de croissance de ces molécules de nuages, ainsi que leur composition chimique. Essentiellement, ils ont observé un élément clé de l’atmosphère de Titan alors qu’il se formait et s’accumulait pour créer le célèbre effet de brume de Titan. Conor A. Nixon, chercheur au Goddard Space Flight Center de la NASA (qui n’a pas participé à l’étude) a déclaré: «Cet article présente de nouveaux travaux révolutionnaires sur l’utilisation de la microscopie à l’échelle atomique pour étudier les structures de complexes organiques multi-anneaux. Molécules: Une analyse typique de composés fabriqués en laboratoire à l’aide de techniques telles que la spectroscopie de masse montre les proportions relatives des divers éléments, mais pas leur liaison chimique et leur structure.

L'atmosphère de Titan a été recréée dans un laboratoire terrestre

Le vaisseau spatial Cassini de la NASA regarde le côté nuit de la plus grande lune de Saturne et voit la lumière du soleil qui est dispersée à travers la périphérie de l’atmosphère de Titan et forme un anneau coloré. Crédit photo: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute

« Pour la première fois, nous voyons l’architecture moléculaire de composés synthétiques similaire à ce que l’on pense être à l’origine de la brume orange de l’atmosphère de Titan. Cette application offre désormais un nouvel outil passionnant pour l’analyse d’échantillons de matériaux astrobiologiques, y compris les météorites et les échantillons renvoyés de corps de planètes. « 

De plus, leurs résultats pourraient éclairer le mystérieux cycle hydrologique à base de méthane de Titan. Sur terre, ce cycle est constitué d’eau qui passe d’un état gazeux (vapeur d’eau) à un état liquide (pluie et eau de surface). Sur Titan, le même cycle a lieu avec le méthane, qui passe du gaz méthane atmosphérique et tombe sous forme de pluie de méthane dans les célèbres lacs d’hydrocarbures de Titan.

Si tel est le cas, les résultats de l’équipe de recherche pourraient révéler le rôle que joue la brume chimique dans le cycle du méthane de Titan, y compris si ces nanoparticules peuvent flotter sur ses lacs de méthane. De plus, ces résultats pourraient révéler si des aérosols atmosphériques similaires ont contribué à la création de la vie sur Terre il y a des milliards d’années.

«Les structures moléculaires que nous avons maintenant montrées sont connues pour être de bons absorbeurs de la lumière ultraviolette», décrivent Gross et Carrasco. « Cela signifie à son tour que la brume peut avoir agi comme un bouclier protégeant les molécules d’ADN sur la surface initiale de la Terre contre les radiations nocives. »

L'atmosphère de Titan a été recréée dans un laboratoire terrestre

Un drone à huit ailes proposé (également connu sous le nom de «libellule») pourrait être parfaitement adapté pour explorer la lune de Saturne Titan dans les décennies à venir. Crédit photo: APL / Michael Carroll

Si cette théorie est correcte, les découvertes de l’équipe aideraient non seulement les scientifiques à comprendre les conditions dans lesquelles la vie est née ici sur Terre, mais elles pourraient également indiquer l’existence possible de la vie sur Titan. La nature mystérieuse de ce satellite est apparue pour la première fois aux scientifiques au début des années 1980 lorsque les vaisseaux spatiaux Voyager 1 et 2 ont tous deux survolé le système Saturne. Depuis, les scientifiques ont mis en place

D’ici 2030, la NASA prévoit d’envoyer un avion robotique à voilure tournante appelé Dragonfly à Titan pour explorer sa surface et son atmosphère et rechercher d’éventuels signes de vie. Comme toujours, entre-temps, grâce à des travaux théoriques et des expériences en laboratoire, les scientifiques pourront affiner le champ d’action et augmenter la probabilité que la mission (une fois arrivée) trouve ce qu’elle recherche.


Les astronomes estiment que la plus grande mer de Titan a une profondeur de 1000 pieds


Plus d’information:
Fabian Schulz et coll. Illustration de la brume organique de Titan à l’échelle atomique, Le journal astrophysique (2021). DOI: 10.3847 / 2041-8213 / abd93e

Citation: L’atmosphère de Titan restaurée dans un laboratoire terrestre (2021, 25 février) a été trouvée le 26 février 2021 sur https://phys.org/news/2021-02-titan-atmosphere-recreated-earth-laboratory.html récupéré

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