Okryty gęstą, nieprzeniknioną dla światła widzialnego atmosferą, największy księżyc Saturna nigdy nie odsłonił swojej powierzchni. Nikt nie był w stanie spojrzeć przez pomarańczowo-brązowe opary i podziwiać nieznany dotychczas świat poniżej nich. Mimo to badacze wiedzą, że Tytan jest organicznym reaktorem, w którym powstają cegiełki życia – takie, jakie tworzyły się 4 miliardy lat temu na Ziemi.

Pod niektórymi względami, Tytan przypomina wczesną Ziemię. Jego gęsta atmosfera jest złożona z azotu i metanu. Swego czasu naukowcy uważali, że w atmosferze wczesnej Ziemi zachodziły procesy redukcji – takie, jak na Tytanie – i że umożliwiło to szybkie powstawanie długich cząsteczek organicznych. Dziś wielu utrzymuje, że pierwotna atmosfera Ziemi zawierała azot i mnóstwo dwutlenku węgla.

Taki typ atmosfery jest obojętny na reakcje utleniania i redukcji i nie pozwala na szybkie i bezpośrednie formowanie długich łańcuchów cząsteczek organicznych” – mówi profesor nauk planetarnych Jonathan I. Lunine z Uniwersytetu Arizony. – “Aby powstały, są wymagane pewne szczególne okoliczności. Chociaż w atmosferze Tytana nie ma dużo dwutlenku węgla, to jeśli zaobserwujemy, że tworzą się tam złożone cząsteczki organiczne, będzie to bardzo ważna lekcja o wczesnej Ziemi i środowiska, w jakim powstało życie“.

Tytan posiada związki organiczne, ale to, w jakiej postaci i ilości, nie jest jasne. Cząsteczki te powstają w atmosferze i z czasem osadzają się na powierzchni. Do niedawna badacze byli bardzo ostrożni w swoich spekulacjach na temat tego, co może się dziać po dotarciu tych cząsteczek do powierzchni Tytana” – powiedział Lunine.

Ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Tytana jest o 50 procent wyższe niż na Ziemi, porównywalne z ciśnieniem w wodzie na głębokości 3 metrów, na przykład w basenie. Gruba atmosfera Tytana chroni powierzchnię i znajdujące się na niej związki organiczne przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym i falami utrafioletowymi.

Artystyczna wizja próbnika Huygens oddzielającego się od przelatującej obok Tytana sondy Cassini. Próbnik opadając w atmosferze księżyca Saturna będzie przeprowadzał liczne pomiary przekazując dane do Cassini, która przekaże je dalej w kierunku Ziemi.

Sonda NASA Cassini wystrzelona w 1997 roku z misją zbadania Saturna i jego księżyców, osiągnie swój cel w 2004. Niesie ze sobą lądownik ESA Huygens, który zagłębi się w atmosferę Tytana i wyląduje na jego powierzchni. Misja Cassini-Huygens przeprowadzi 4-letnie badanie powierzchni i atmosfery Tytana.

Huygens ląduje na TytanieESA

Ilustracja przedstawia kolejne stadia lądowania próbnika Huygens na powierzchni księżyca Saturna, Tytana.

Misja Cassini ma możliwość nauczenia nas o Tytanie tyle, ile dziś wiemy o Marsie. Poznamy skład i wygląd podłoża, dowiemy się więcej o atmosferze. Orbiter zbada kształt pola grawitacyjnego Tytana, który pomoże zdeterminować naturę wnętrza Tytana” – mówi Lunine. “Tytan będzie pełen nioespodzianek. Jedną z nich będą organiczne reakcje chemiczne zachodzące na powierzchni. Interesujące będzie zobaczyć jakie mogą być produkty tych reakcji“.

Lunine ma nadzieję, że misja Cassini-Huygens odpowie na pytanie, czy na Tytanie są miejsca, gdzie cząsteczki organiczne wyglądają inaczej, a zatem mogą być z czasem modyfikowane. “Szczególnie ekscytujące byłoby odkrycie korelacji między rozmieszczeniem kraterów czy miejsc aktywnych wulkanicznie ze widocznymi zmianami w składzie substancji organicznych. Jeśli tak się okaże, powinny być to miejsca warte odwiedzenia w przyszłości“.

Czy Tytan może gościć prymitywne formy życia? Jest tam zbyt zimno. Możliwe, że życie istnieje gdzieś w głębi, ale jego odnalezienie będzie wyjątkowo trudne. Lunine podsumowuje: “Tytan nie jest miejscem do poszukiwania życia. Jednak z pewnością jest miejscem do badań nad procesami, które doprowadziły do jego powstania“.

Aby życie było możliwe, Tytan potrzebowałby ciekłej wody, która tam jednak nie może wystepować w tym stanie z powodu zbyt niskiej temperatury. Jednakże na wielu ciałach w zewnętrznym Układzie Słonecznym występuje czynny wodny wulkanizm. Większość z nich zawiera mnóstwo ciekłej wody, która przemieszcza się podbnie jak lawa na Ziemi. Wewnętrzne ciepło ciał powoduje topnienie lodu, które posuwa się ku powierzchni. Ponadto występują tam substancje zapobiegające zamarzaniu (takie jak amoniak czy formalehyd), które obniża gęstość wody i przyczynia się do łatwiejszego wypływania wody na powierzchnię przez cięższą skorupę lodową. Tytan – drugi największy księżyc w Układzie Słonecznym – posiada procesy wulkaniczne, a więc okresowo występuje na nim ciekła woda.

Tytan może być również ogrzewany poprzez wielkie zderzenia. We wczesnych latach 1990, Carl Sagan i W. Reid Thompson z Uniwersytetu Cornella zasugerowali, że kolizje mogą topić lodową skorupę i uwalniać wodę. Z obliczeń modelowych Lunine’a i jego kolegi z Moskwy wynika, że uderzenie kilometrowej komety może zmienić około 5% zawartości krateru w ciekłą wodę. Symulacje pokazały również, że potencjalne obszary, w których znajdują się związki organiczne nie cierpią zbytnio od zderzeń; materiał organiczny zostaje co najwyżej przemieszany z ciekłą wodą wewnątrz krateru.

Kiedy na Ziemi 4 miliardy lat temu powstawało życie, wielkie kolizje były częste. “Organiczna zupa” na Ziemi nie miała wiele czasu aby spokojnie uformować produkty istotne dla istnienia życia. Niewątpliwie warunki zmieniały się gwałtownie gdy wiele ciał uderzało w młodą Ziemię i była ona nieustannie zmieniana przez procesy wulkaniczne. Choć dziś Uklad Sloneczny jest stosunkowo spokojnym miejscem, to obiekt o średnicy jednego kilometra może uderzał Tytana raz na 10-50 milionów lat.

[Na Tytanie] powinny być miejsca, które w (geologicznie) ostatnim czasie nie zostały zmienione i gdzie zachowały produkty reakcji organicznych jakie zaszły po kolizji. Mogą być niemożliwe do zbadania za pomocą sondy Cassini-Huygens, ale może w kolejnych misjach. Liczymy na to, że są na Tytanie miejsca, w których materia organiczna wpadła do ciekłej wody na dnie pouderzeniowego krateru. Woda mogłaby przetrwać kilkaset lub nawet tysiące lat” – mówi Lunine. Tysiąc lat to w geologii bardzo krótki okres, ale długi czas dla chemii organicznej.

Żaden naukowiec nie dysponuje tysiącem lat, nie możemy więc przebadać procesów o takim okresie w labratorium. Choć nie możemy zaobserwować organicznych reakcji chemicznych na Tytanie, możemy znaleść produkty chemii organicznej jeśli poszukamy w odpowiednim miejscu. Jeśli Cassini odkryje, że materia organiczna wygląda wszędzie tak samo, wtedy prawdopodobnie takie miejsca nie występują. Musimy jednak to sprawdzić“.

Szanse, że lądownik Huygens wyląduje w odpowiednim miejscu są znikome, lecz orbiter Cassini może sporządzić mapy i zbadać, czy obecne mogą być aminokwasy czy peptydy. Lunine: “Opracowujemy miniaturową aparaturę laboratoryjną, która mogłaby być ostatecznie wysłana na Tytana aby przeanalizować właściwości cząsteczek organicznych na powierzchni.” Poszukiwania obejmą pozostałości substancji organicznych, ale nie szczątków życia, które zostały przeszły zmodyfikację na dnie kraterów.

Autor

Wojtek Rutkowski