Titan, La plus grosse lune de Saturne, est un laboratoire naturel pour étudier les origines de la vie. Comme la Terre, Titan a une atmosphère dense et des cycles météorologiques saisonniers, mais la composition chimique et minéralogique est très différente. Maintenant, des chercheurs terrestres ont recréé les conditions de la lune dans de petits cylindres de verre, révélant les propriétés fondamentales de deux molécules organiques qui existent en tant que minéraux sur Titan.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui lors de la réunion d'automne de l'American Chemical Society (ACS).

"Les molécules organiques simples qui sont liquides sur Terre sont généralement des cristaux minéraux glacés solides sur Titan en raison de ses températures extrêmement basses, jusqu'à -290 F, " dit Tomče Runčevski, Doctorat., le chercheur principal du projet. "Nous avons constaté que deux des molécules susceptibles d'être abondantes sur Titan - l'acétonitrile (ACN) et le propionitrile (PCN) - se présentent principalement sous une forme cristalline qui crée des nanosurfaces hautement polaires, qui pourraient servir de modèles pour l'auto-assemblage d'autres molécules d'intérêt prébiotique."

La plupart de ce que nous savons maintenant sur ce monde glacé est dû à la mission Cassini-Huygens 1997-2017 sur Saturne et ses lunes. De cette mission, les scientifiques savent que Titan est un endroit fascinant pour étudier comment la vie est née. Comme la Terre, Titan a une atmosphère dense, mais il est principalement composé d'azote, avec une touche de méthane. C'est le seul corps connu dans l'espace, autre que la Terre, où des preuves évidentes de flaques stables de liquide de surface ont été trouvées. Alimenté par l'énergie du soleil, Le champ magnétique et les rayons cosmiques de Saturne, l'azote et le méthane réagissent sur Titan pour produire des molécules organiques de différentes tailles et complexités. On pense que l'ACN et le PCN sont présents dans la brume jaune caractéristique de la lune sous forme d'aérosols, et ils pleuvent à la surface, sédimentation sous forme de morceaux solides de minéraux.

Les propriétés de ces molécules sur Terre sont bien connues, mais leurs caractéristiques dans des conditions de type Titan n'ont pas été étudiées jusqu'à présent. "Dans le laboratoire, nous avons recréé les conditions sur Titan dans de minuscules cylindres de verre, ", dit Runčevski. "En règle générale, nous introduisons de l'eau, qui gèle en glace lorsque nous abaissons la température pour simuler l'atmosphère de Titan. Nous complétons cela avec de l'éthane, qui devient liquide, imitant les lacs d'hydrocarbures trouvés par Cassini-Huygens." De l'azote est ajouté au cylindre, et ACN et PCN sont introduits pour simuler les précipitations atmosphériques. Les chercheurs augmentent et abaissent ensuite légèrement les températures pour imiter les variations de température à la surface de la lune.

Les cristaux qui se sont formés ont été analysés à l'aide d'instruments de synchrotron et de diffraction des neutrons, expériences spectroscopiques et mesures calorimétriques. L'oeuvre, appuyé par des calculs et des simulations, impliqué l'équipe de Runčevski de l'Université Méthodiste du Sud, ainsi que des scientifiques du Laboratoire National d'Argonne, l'Institut national des normes et de la technologie, et l'Université de New York.

"Nos recherches ont révélé beaucoup de choses sur les structures des glaces planétaires qui étaient auparavant inconnues, ", dit Runčevski. "Par exemple, nous avons constaté qu'une forme cristalline de PCN ne se dilate pas uniformément le long de ses trois dimensions. Titan traverse des variations de température, et si la dilatation thermique des cristaux n'est pas uniforme dans toutes les directions, cela peut provoquer la fissuration de la surface de la lune. » Une telle connaissance détaillée de ces minéraux pourrait aider l'équipe à mieux comprendre à quoi ressemble la surface de Titan.

Runčevski prépare actuellement des cristaux d'ACN, PCN, et des mélanges ACN et PCN pour obtenir des spectres détaillés. « Les scientifiques pourront alors comparer ces spectres connus à la bibliothèque spectrale collectée par Cassini-Huygens et attribuer des bandes non identifiées, " dit-il. Les études aideront à confirmer la composition minérale de Titan et fourniront probablement des informations aux chercheurs travaillant sur une prochaine mission de la NASA sur Titan, lancement en 2027.