LÀ DOVE PIOVONO ACETONITRILE E PROPIONITRILE

L’atmosfera e il suolo di Titano in provetta

Un nuovo esperimento, guidato da ricercatori della Southern Methodist University, ha ricreato i cicli stagionali dell’atmosfera di Titano, rivelando proprietà fondamentali di due molecole organiche presenti sulla luna più affascinante di Saturno. I risultati sono stati presentati oggi al meeting annuale dell'American Chemical Society

     26/08/2021
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Struttura interna di Titano. Crediti: Wikipedia

Un lontanissimo mondo ghiacciato con un inventario chimico unico su scala planetaria che lo rende, secondo i ricercatori, il laboratorio ideale per studiare la chimica prebiotica, le origini della vita e la potenziale abitabilità di un ambiente extraterrestre: stiamo parlando di Titano, la più grande luna di Saturno. Titano è l’unico satellite nel Sistema solare a possedere – come la Terra – un’atmosfera densa e cicli meteorologici stagionali, ora ricreati in provetta, rivelando proprietà fondamentali di due molecole organiche che si ritiene esistano sul suolo di Titano sotto forma di minerali: l’acetonitrile (ACN) e il propionitrile (PCN),

Il risultato – ottenuto attraverso uno studio guidato da Tomce Runcevski della Southern Methodist University, in collaborazione con ricercatori dell’Argonne National  Laboratory, del National Institute of Standards and Technology e della New York University – è stato presentato oggi all’Acs Fall 2021, il meeting autunnale della American Chemical Society.

«Le molecole organiche semplici che troviamo liquide sulla Terra si presentano in genere su Titano – a causa delle sue temperature estremamente basse, fino a quasi -180 gradi Celsius – come cristalli solidi di minerali ghiacciati», spiega Runcevski. «Abbiamo scoperto che due delle molecole che potrebbero trovarsi in abbondanti quantità su Titano, l’acetonitrile e il propionitrile, si presentano prevalentemente in una forma cristallina, dando origine a nanosuperfici altamente polari che potrebbero servire come modelli per la formazione di altre molecole di interesse prebiotico».

La maggior parte delle informazioni e dei dati che abbiamo di Titano provengono dalla missione spaziale Cassini-Huygens. La sonda, infatti, dal 1997 al 2017 ha raggiunto e osservato Saturno e le sue lune, ottenendo successi ben oltre le aspettative. Da allora, gli scienziati considerano Titano un luogo molto interessante da studiare: oltre a possedere un’atmosfera densa – anche se costituita da azoto e metano – è l’unico corpo del Sistema solare oltre alla Terra a mostrare in modo inequivocabile la presenza in superficie di riserve stabili di materiale allo stato liquido – veri e propri laghi di idrocarburi.

L’azoto e il metano presenti nell’atmosfera di Titano, alimentati dall’energia del Sole, dal campo magnetico di Saturno e dai raggi cosmici, reagiscono producendo molecole organiche di varie dimensioni e complessità. Si ritiene che l’acetonitrile e il propionitrile siano presenti, sotto forma di aerosol, nella caratteristica foschia gialla della luna di Saturno, e che piovano depositandosi sulla sua superficie come minerali. Sulla Terra le proprietà di queste molecole sono note, ma le loro caratteristiche in condizioni simili a quelle presenti su Titano non erano mai state studiate prima. 

Immagini al microscopio di sei dei sette cristalli che sperimentalmente hanno mostrato di potersi formare nelle condizioni di Titano. Crediti: American Chemical Society

Il procedimento seguito è abbastanza complesso, spiega Runcevski: «Abbiamo ricreato in laboratorio le condizioni tipiche del clima di Titano dentro a piccole provette. Di solito, introduciamo acqua che si trasforma in ghiaccio mentre abbassiamo la temperatura per riprodurre l’atmosfera di Titano. Poi aggiungiamo l’etano, che diventa un liquido, simile ai laghi di idrocarburi scoperti da Cassini-Huygens». Quindi viene aggiunto l’azoto e successivamente, per simulare le precipitazioni atmosferiche, vengono introdotti l’acetonitrile e il propionitrile. Infine, alzando e abbassando leggermente le temperature, i ricercatori riescono a simulare le oscillazioni climatiche che subisce la superficie della luna di Saturno. I cristalli che si formano vengono analizzati utilizzando un sincrotrone, diffrazione neutronica, esperimenti spettroscopici e misure calorimetriche, il tutto supportato da calcoli teorici e simulazioni.

«La nostra ricerca ha rivelato molti aspetti prima sconosciuti sulle strutture dei ghiacci planetari», prosegue Runcevski. «Per esempio, abbiamo scoperto che una forma cristallina di propionitrile non si espande uniformemente lungo le sue tre dimensioni. Titano subisce oscillazioni di temperatura, e se l’espansione termica dei cristalli non è uniforme in tutte le direzioni può causare delle crepe sulla superficie della luna» 

I risultati ottenuti forniscono, oltre a una conoscenza più dettagliata dei minerali prodotti e analizzati, interessanti informazioni riguardo i processi che caratterizzano la composizione dell’atmosfera di Titano e la chimica fondamentale delle molecole organiche presenti in superficie. Ma l’esperimento in provetta non finisce qui. I ricercatori sono ora impegnati nella preparazione di miscele e cristalli di acetonitrile e propionitrile dalle quali ottenere poi spettri più dettagliati. «Sarà così possibile confrontare questi spettri noti con quelli raccolti da Cassini-Huygens, per assegnare bande non identificate», conclude Runcevski. Analisi importanti anche alla luce dell’imminente missione Dragonfly della Nasa, il cui lancio è previsto nel 2027, che avrà tra i suoi obiettivi scientifici quello di indagare la presenza di eventuali ingredienti chiave per lo sviluppo di vita prebiotica, presente o passata, sul suolo di Titano.

Per saperne di più:

Guarda l’intervista (in inglese) a Tomče Runčevski sul canale dell’American Chemical Society: