Titan ist zweifellos eines der interessantesten Objekte im Sonnensystem. Dieser orangefarbene Saturnmond ist der einzige, der von einer dichten Atmosphäre umgeben ist. Nicht umsonst vergleichen Wissenschaftler diese Welt sehr oft mit der Erde vor Milliarden von Jahren.
Die Atmosphäre des Titan unterscheidet sich stark von der heutigen Atmosphäre der Erde. Dies ändert jedoch nichts an der Tatsache, dass Forscher vermuten, dass die Erde zu Beginn ihrer Existenz ebenfalls eine Atmosphäre hatte, die reich an Stickstoff und Methan war. Die neue Arbeit des Teams von Chalmers und der NASA fügt diesem Mosaik ein unerwartetes Element hinzu.
In einem wissenschaftlichen Artikel, der in der Zeitschrift PNAS veröffentlicht wurde, weisen die Wissenschaftler darauf hin, dass Methan, Ethan und Cyanwasserstoff, die auf Titan weit verbreitet sind, Wechselwirkungen eingehen können, die bisher als unmöglich galten. Der extrem polare Cyanwasserstoff bildet Kristalle mit den unpolaren Methan und Ethan. Dies ist eine große Überraschung, da es dem Prinzip „Gleiches löst Gleiches“ direkt widerspricht, wonach solche Stoffe wie Öl und Wasser getrennt bleiben sollten.
Erstaunliche chemische Prozesse auf der Oberfläche von Titan
Unsere Wissenslücke betrifft also die Frage, was mit Cyanwasserstoff nach seiner Bildung in der Atmosphäre von Titan geschieht. Eine Gruppe von Wissenschaftlern der NASA testete Mischungen aus Cyanwasserstoff mit Methan und Ethan bei einer Temperatur von etwa 90 K (etwa -180 °C). Unter diesen Bedingungen liegt HCN als Kristall vor, während Methan und Ethan flüssig sind. Eine Analyse mittels Laserspektroskopie ergab, dass die Moleküle intakt geblieben sind, sich jedoch ihre Anordnung verändert hat.
Um die Ergebnisse zu erklären, wurde die Gruppe von Martin Ram von Chalmers hinzugezogen, die sich seit vielen Jahren mit der Erforschung von HCN beschäftigt. Die Forscher führten umfangreiche Computersimulationen durch, mit denen sie Tausende von Konfigurationen fester Strukturen testen konnten. Im Laufe ihrer Arbeit zeigten die Forscher, dass Kohlenwasserstoffe in das Kristallgitter von HCN eindringen und stabile Kristalle bilden können, die den von der NASA gemessenen Spektren entsprechen.
„Das sind sehr interessante Ergebnisse, die helfen können, etwas im Maßstab des gesamten Mondes zu verstehen, dessen Größe schließlich an Merkur erinnert“, sagte Martin Ram. „Die Entdeckung einer unerwarteten Wechselwirkung zwischen diesen Substanzen könnte unser Wissen über die Geologie des Titan, seine Seen, Meere und Dünen beeinflussen“, fügte er hinzu.
Die Sonde Dragonfly revolutioniert unser Wissen über Titan
„Die Frage, die wir uns gestellt haben, klang ein wenig verrückt: Lassen sich die Messungen durch eine Kristallstruktur erklären, in der Methan oder Ethan mit Cyanwasserstoff gemischt sind? Das widerspricht der chemischen Regel, dass Gleiches Gleiches löst“, bemerkt Ram. Somit haben wir Beweise für die Erweiterung der Grenzen der Chemie.
Der nächste Schritt der Forschung wird die Mission der Sonde Dragonfly sein, deren Start für 2028 geplant ist. Nach ihrer Ankunft auf Titan im Jahr 2034 wird die von der NASA gebaute leistungsstarke Drohne die Oberfläche des Planeten aus der Luft untersuchen, dabei die präbiotische Chemie analysieren und nach Spuren von gegenwärtigem oder vergangenem Leben suchen. Bis dahin arbeitet das Team von Chalmers und der NASA weiter an der Chemie von HCN und möglichen Mischungen in kalten Weltraumumgebungen.
