Satürn’ün Buzlu Ayı Anahtarı Tutuyor

Enceladus’un buz tüyleri yaşamın yapı taşlarını barındırıyor olabilir.

Astrofizik teknolojisi ve araştırmaları ilerlemeye devam ettikçe bir soru ortaya çıkıyor: Evrenin başka yerlerinde yaşam var mı? Samanyolu Yalnızca galakside yüz milyarlarca gök cismi vardır, ancak bilim insanları devam eden araştırmalarında genellikle üç önemli unsuru ararlar: su, enerji ve organik madde. Kanıt şunu gösteriyor Satürn‘in buzlu ayı Enceladus, bu üçünü de içeren bir ‘okyanus dünyası’dır ve bu da onu yaşam arayışında birincil hedef haline getirmektedir.

Cassini’nin Enceladus’taki Keşifleri

20 yıllık misyonu boyunca, NASA‘S Cassini Uzay aracı, Enceladus’un yüzeyinden saatte yaklaşık 800 mil (400 m/s) hızla buz bulutlarının fışkırdığını keşfetti. Bu bulutlar, örnek toplamak ve Enceladus okyanuslarının bileşimini ve potansiyel yaşanabilirliği incelemek için mükemmel bir fırsat sunuyor. Ancak şu ana kadar, bulutların hızının buz taneleri içinde bulunan herhangi bir organik bileşiği parçalayıp parçalayamayacağı ve dolayısıyla örnekleri bozup bozmayacağı bilinmiyordu.

(Bu sanatsal görüntü, Enceladus’tan saatte 800 mil hızla fırlatılan buz kütlelerini gösteriyor. Kredi: NASA/JPL-Caltech

Laboratuvar Araştırmalarında Çığır Açan Nokta

Şimdi California San Diego Üniversitesi’nden araştırmacılar şunu gösteren kesin laboratuvar kanıtları gösterdiler: amino asitler Bu buz kütlelerinde taşınan buz kütleleri, 4,2 km/s’ye varan çarpma hızlarına dayanabilir ve bu da uzay aracıyla numune alma sırasında tespit edilmelerini destekler. Bulguları şu adreste yayınlandı: Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri (PNAS).

Benzersiz Aerosol Darbe Spektrometresi

UC San Diego Seçkin Kimya ve Biyokimya Profesörü Robert Continetti ve iş arkadaşları, 2012’den başlayarak, tekli aerosollerin ve parçacıkların yüksek hızlardaki çarpışma dinamiklerini incelemek için tasarlanmış benzersiz bir aerosol darbe spektrometresini özel olarak inşa ettiler. Her ne kadar buz tanesinin etkilerini incelemek için özel olarak üretilmemiş olsa da, bunun için tam olarak doğru makine olduğu ortaya çıktı.

Continetti, “Bu aparat, tek parçacıkları seçebilen ve onları seçilen son hızlara kadar hızlandırabilen veya yavaşlatabilen, dünyada türünün tek örneğidir” dedi. “Birkaç mikron çapından yüzlerce nanometreye kadar çeşitli malzemelerde, parçacıkların nasıl dağıldığı veya darbe üzerine yapılarının nasıl değiştiği gibi parçacık davranışlarını inceleyebiliyoruz.”

UC San Diego Kimya Profesörü Robert Continetti’nin laboratuvarından özel yapım bir aerosol darbe spektrometresi. Buz taneleri mikrokanal plaka dedektörünü (en sağda) yüksek hızlarda etkiliyor ve bu daha sonra yerinde tanımlanabiliyor. Katkıda bulunanlar: Robert Continetti laboratuvarı / UC San Diego

Europa Clipper Misyonu

2024’te NASA, Avrupa Clipper’ı fırlatacak ve Jüpiter. Jüpiter’in en büyük uydularından biri olan Europa, başka bir okyanus dünyasıdır ve Enceladus’a benzer bir buzlu bileşime sahiptir. Clipper’ın veya gelecekte Satürn’e gönderilecek herhangi bir sondanın, buz taneciklerinde, bu ayların yüzey altı okyanuslarında yaşamın var olup olmadığına işaret edebilecek belirli bir molekül serisini tanımlayabileceği umudu var, ancak moleküllerin hızlı fırlatılmadan sağ çıkmaları gerekiyor. aydan ve sonda tarafından toplanan.

NASA’nın Europa Clipper uzay aracının sanatçı tarafından yapılan çizimi. Kredi bilgileri: NASA/JPL-Caltech

Yenilikçi Deney Teknikleri

Buz parçacıklarındaki belirli moleküllerin yapısına ilişkin araştırmalar olmasına rağmen Continetti’nin ekibi, tek bir buz tanesi bir yüzeye çarptığında ne olacağını ölçen ilk ekip oldu.

Deneyi yürütmek için, suyun yüksek voltajda tutulan bir iğneden itildiği ve suyu giderek daha küçük damlacıklara bölen bir yükün indüklendiği elektrosprey iyonizasyonu kullanılarak buz taneleri oluşturuldu. Damlacıklar daha sonra donacakları bir vakuma enjekte edildi. Ekip bunların kütlesini ve yükünü ölçtü, ardından spektrometreden geçerken tanecikleri gözlemlemek için görüntü yükü dedektörlerini kullandı. Deneyin kilit unsurlarından biri, çarpma anını nanosaniyeye kadar doğru bir şekilde zamanlamak için bir mikrokanal plaka iyon detektörünün kurulmasıydı.

Astrobiyolojide Önemli Bulgular

Sonuçlar, genellikle yaşamın yapı taşları olarak adlandırılan amino asitlerin, 4,2 km/s’lik çarpma hızlarına kadar sınırlı parçalanmayla tespit edilebileceğini gösterdi.

“Güneş sisteminde ne tür bir yaşamın mümkün olabileceğine dair bir fikir edinmek için, örneklenen buz tanelerinde çok fazla moleküler parçalanma olmadığını bilmek istersiniz, böylece onu oluşturan şeyin parmak izini alabilirsiniz. Continetti, “kendi kendine yeten bir yaşam formu” dedi. “Çalışmamız bunun Enceladus’un buz bulutlarıyla mümkün olduğunu gösteriyor.”

Kimyada Daha Geniş Etkiler

Continetti’nin araştırması, tuzun belirli amino asitlerin tespit edilebilirliğini nasıl etkilediği de dahil olmak üzere kimyanın kendisi için ilginç soruları da gündeme getiriyor. Enceladus’un, Dünya’da mevcut olandan daha fazla, geniş tuzlu okyanuslar içerdiğine inanılıyor. Tuz, suyun bir çözücü olarak özelliklerini ve farklı moleküllerin çözünürlüğünü değiştirdiğinden, bu, bazı moleküllerin buz tanelerinin yüzeyinde kümelendiği ve bunların tespit edilme olasılığının daha yüksek olduğu anlamına gelebilir.

Continetti, “Bunun, okyanus dünyasındaki ayların yüzeyine yapılacak misyonlar olmadan, güneş sisteminin başka yerlerinde yaşamı tespit etme açısından yarattığı sonuçlar çok heyecan verici, ancak çalışmalarımız buz tanelerindeki biyolojik imzaların ötesine geçiyor” dedi. “Temel kimya için de etkileri var. UC San Diego’da kurucu fakülte olan Harold Urey ve Stanley Miller’ın ayak izlerini takip ederek buz tanesinin etkisiyle harekete geçen kimyasal reaksiyonlardan yaşamın yapı taşlarının oluşumuna bakma ihtimali bizi heyecanlandırıyor.”

Referans: “Bozulmamış amino asitlerin hiper hızlı buz tanesi darbeli kütle spektrometresi ile tespiti”, Sally E. Burke, Zachary A. Auvil, Karl A. Hanold ve Robert E. Continetti, 4 Aralık 2023, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.
DOI: 10.1073/pnas.2313447120

Bu çalışma Hava Kuvvetleri Bilim Araştırma Ofisi (MURI-22, hibe FA9550-22-0199) ve Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü Jet Propulsion Laboratuvarı tarafından Ulusal Havacılık ve Uzay İdaresi (hibe 80NM0018D0004) ile yapılan bir sözleşme kapsamında desteklenmiştir.