アリゾナ大学から
大気中の窒素が有機高分子にどのように取り込まれるかを示す最初の実験的証拠は、アリゾナ大学のチームによって報告されています。この発見は、科学者が地球の化学のモデルであると考える土星の月、タイタンでどのような有機分子が見つかるかを示しています。
地球とタイタンは、惑星の大きさで知られている唯一の惑星で、主に窒素の大気が厚くなっています。
今中氏は、初期の地球やタイタンの大気のような環境で複雑な有機分子がどのように窒素化されるかは大きな謎だと語った。
「タイタンは非常に興味深いものです。窒素に支配された大気と有機化学は、私たちの地球上の生命の起源への手掛かりを私たちに与えるかもしれないからです」 「窒素は生命の不可欠な要素です。」
ただし、窒素だけでは十分ではありません。窒素ガスは、生物系の基礎を形成する反応を促進できる、より化学的に活性な形の窒素に変換する必要があります。
今中とマーク・スミスは、タイタンの大気に似た窒素-メタン混合ガスを、ガスに高エネルギーの紫外線を照射することにより、窒素含有有機分子の集まりに変換しました。研究所のセットアップは、日射がタイタンの大気にどのように影響するかを模倣するように設計されました。
UAの教授で化学および生化学の責任者であるスミス氏は、窒素の大部分はガス状の化合物ではなく、直接固体化合物に移動したと述べています。以前のモデルでは、窒素がより長い段階的なプロセスで気体の化合物から固体の化合物に移動すると予測されていました。
有機分子のスモッグが惑星を包んでいるので、タイタンはオレンジ色に見えます。スモッグ内の粒子は最終的に表面に落ち着き、生命を生み出す可能性のある条件に曝される可能性があると、カリフォルニア州マウンテンビューにあるSETI研究所の主任研究員でもある今中氏は語った。
ただし、科学者はタイタンのスモッグ粒子に窒素が含まれているかどうかを知りません。粒子のいくつかが実験室でUAチームが作成した同じ窒素含有有機分子である場合、生命につながる条件がより可能性が高い、とスミスは言った。
これらのような実験室の観察は、次の宇宙任務が何を探すべきか、そして捜索に役立つためにどんな器具が開発されるべきかを示している、とスミスは言った。
今中とスミスの論文「タイタン上層大気における窒素化有機エアロゾルの形成」は、6月28日の週に全米科学アカデミー議事録の早期オンライン版に掲載される予定です。NASAは研究に資金を提供しました。
カッシーニミッションの結果によると、大気に当たる「極端なUV」放射線が複雑な有機分子を生成していることが示されているため、UAの研究者はタイタンの薄い上層大気の状態をシミュレートしたいと考えていました。
そのため、今中とスミスは、カリフォルニア州バークレーにあるローレンスバークレー国立研究所のシンクロトンでAdvanced Light Sourceを使用して、非常に低圧に保持された窒素とメタンのガスを含むステンレス鋼のシリンダーに高エネルギーUV光を照射しました。
研究者たちは、質量分析計を使用して、放射線から生じた化学物質を分析しました。
簡単に聞こえますが、実験装置のセットアップは複雑です。 UVライト自体は、ガスチャンバーに入る途中で一連の真空チャンバーを通過する必要があります。
多くの研究者がAdvanced Light Sourceの使用を望んでいるため、機器での時間をめぐる競争は激しくなっています。今中とスミスは1年に1つまたは2つの時間枠を割り当てられました。それぞれの時間枠は1日8時間で、わずか5〜10日間でした。
各時間帯に、今中とスミスはすべての実験装置をバンに詰め、バークレーまで車で行き、繊細な装置をセットアップし、激しい一連の実験を開始しなければなりませんでした。 Advanced Light Sourceでの時間を最大限に活用するために、彼らは時々48時間以上まっすぐに働きました。必要なすべての実験を完了するには数年かかりました。
今中氏は神経質になってしまい、「ねじを1本だけ外すと、ビーム時間が乱れる」と語った。
当初、彼はシリンダーからのガスのみを分析しました。しかし、彼は窒素含有有機化合物を検出しませんでした。
今中とスミスは実験的なセットアップに問題があると思ったので、システムを微調整しました。しかし、まだ窒素はありません。
「それはかなり謎でした」と、紙の最初の著者である今中は言いました。 「窒素はどこに行きましたか？」
最後に、2人の研究者は、シリンダー壁に集まった茶色のガンクの小片を収集し、今中氏が「最も洗練された質量分析計技術」と呼んでいるもので分析しました。
今中は「それでようやく窒素を見つけた！」
今中とスミスは、そのような化合物がタイタンの上層大気で形成され、最終的にタイタンの表面に落ちると疑っています。表面に現れると、それらは生命の進化に役立つ環境に貢献します。
