Discharge experiments simulating chemical evolution on the surface of Titan

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1 Discharge experiments simulating chemical evolution on the surface of Titan Boris Moser SE Astrobiologie WS 2010/

2 Worum geht es? Grundsätzlich: Miller-Urey- Experiment an Oberfläche von Titan Simulierte Atmosphäre Zuführung von Energie in Form elektrischer Entladungen Welche Moleküle entstehen? Der Versuchsaufbau des Miller-Urey-Experiments Erstellt von User Xerxes2k (Wikipedia)

3 Titan Saturn VI Durchmesser: 5150 km Größter Saturnmond Zweitgrößter Mond des Sonnensystems Masse: x kg ( M Erde ) Große Halbachse: x 10 6 km Exzentrizität: Umlaufzeit: Tage Gebundene Rotation Image Credit: Cassini Imaging Team, SSL, JPL, ESA, NASA

4 Titan Atmosphäre und Oberfläche Zusammensetzung: Stratosphäre: 98.4% Stickstoff, 1.4% Methan, % Wasserstoff ab Tropopause (32 km) abwärts Anstieg des Methangehalts, Maximum von 8 km abwärts (4.9%) Spuren anderer Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Ethin... An Oberfläche: gefrorenes H 2 O, Seen/Flüsse/Dünen aus Kohlenwasserstoffen Druck: bar, Temperatur: 94K Elektrische Entladungen in Form von Blitzen: Hinweise, noch kein definitiver Nachweis Credit: ESA/NASA/JPL/University of Arizona

5 Aufbau des Experiments Quelle: Discharge experiments simulating chemical evolution on the surface of Titan Plankensteiner, Reiner, Rode et al., 2007

6 Ergebnisse der direkten Messungen mit PTR-Massenspektrosopie Vielzahl von Kohlenwasserstoffen mit bis zu C 13 Adsorption an Oberfläche Entstehung von sauerstoff- und stickstoffhaltigen Verbindungen auf diese Weise durch starkes KW-Signal nicht eindeutig feststellbar wenn ja, dann in geringer Konzentration, vermutlich auch Adsorption an Oberfläche andere Analysemethode

7 Stripping-Experiment Bestimmung der HLC Nach 48 Stunden: Zylinderinhalt geschmolzen, 5 Proben, eine davon ohne Entladungen Trennung durch Zero-Air Messung des Masse/Ladungsverhältnisses in Abhängigkeit der Zeit durch Steigung der Kurve Bestimmung der HLC (Henry's Law constants) und daraus Schluss auf die vorkommenden Moleküle Dadurch Identifikation sauerstoff-/stickstoffhaltiger Moleküle Quelle: Discharge experiments simulating chemical evolution on the surface of Titan Plankensteiner, Reiner, Rode et al., 2007

8 Ergebnisse des Stripping-Cell- Experiments Ein C-H-O-N Molekül: Nitromethan Nitrile aus vorherigen Experimenten bestätigt Erstmals sauerstoffhaltige Moleküle identifiziert Aldehyde durch weitere Experimente verifiziert Vorgängermoleküle für Bausteine des Lebens Quelle: Discharge experiments simulating chemical evolution on the surface of Titan Plankensteiner, Reiner, Rode et al., 2007

9 Schlussfolgerungen Identifizierte Moleküle: weitere Entwicklung zu Aminosäuren und Nukleinbasen möglich Aminosäuren: Bausteine von Proteinen Nukleinbasen: Bestandteil von Nukleotiden (Bausteine von DNA/RNA) Entwicklung von Aminosäuren unter derzeitigen Bedingungen denkbar Langzeitexperiment Bildung komplexerer Moleküle und Entstehung von klassischem Leben derzeit unwahrscheinlich, da Temperatur zu niedrig und kein geeignetes Lösungsmittel vorhanden ABER: in einigen Milliarden Jahren wird Sonne zu Rotem Riesen Temperatur auf Titan steigt

10 Quellen Discharge experiments simulating chemical evolution on the surface of Titan Plankensteiner, Kristof; Reiner, Hannes; Rode, Bernd M.; Mikoviny, Tomas; Wisthaler, Armin; Hansel, Armin; Märk, Tilmann D.; Fischer, Georg; Lammer, Helmut; Rucker, Helmut O., 2007 Titan from Cassini Huygens Robert H. Brown, Jean-Pierre Lebreton, J. Hunter Waite Rivers, Lakes, Dunes, and Rain: Crustal Processes in Titan's Methane Cycle - Lunine, Jonathan I.; Lorenz, Ralph D.,