La chimica delle grandi molecole che compongono la foschia dell’atmosfera di Titano è stata simulata in un laboratorio sulla Terra. Lo studio – pubblicato su The Astrophysical Journal Letters – fornirà agli scienziati un quadro del comportamento chimico dell’atmosfera di questa luna di Saturno, tra i principali corpi celesti dove cercare risposte sulle condizioni che hanno prodotto la vita sul nostro pianeta.

L’officina terrestre PAMPRE è stata allestita a Zurigo, grazie ad un team di scienziati guidati da Fabian Schulz e Julien Maillard, in collaborazione con IBM Research-Zurich, l’Università di Paris-Saclay, l’Università di Rouen a Mont-Saint-Aignan e il Fritz Haber Institute of the Max Planck Society.

Molte delle informazioni in possesso degli scienziati su Titano e sulla foschia che lo avvolge sono state ottenute dalla sonda Cassini, missione Nasa/ESA/ASI, prima del ‘Grand Finale’ nell’atmosfera di Saturno.

L’esperimento, PAMPRE, dove viene simulata l’atmosfera di Titano. Credito: Nathalie Carrasco

L’interesse per Titano è dovuto alla composizione della sua atmosfera, densa di azoto e di processi organici in atto simili a quelli che – circa 2,8 miliardi di anni fa – hanno composto l’atmosfera terrestre. Un tempo lontano, che coincide con l’era mesoarchea ovvero un periodo in cui i cianobatteri fotosintetici hanno creato i primi sistemi di barriera corallina e convertito lentamente l’anidride carbonica atmosferica terrestre in ossigeno gassoso, fino a giungere all’attuale equilibrio nella combinazione di azoto e di ossigeno.

La foschia di questo satellite naturale di Saturno è costituita da nanoparticelle con un’ampia varietà di molecole organiche grandi e complesse, contenenti carbonio, idrogeno e azoto. Queste molecole si formano in una cascata di reazioni chimiche quando la radiazione (ultravioletta e cosmica) colpisce la miscela di metano, azoto e altri gas in atmosfere come quella di Titano.

Conoscere l’esatta struttura chimica delle grandi molecole che compongono la foschia di questo corpo celeste significa far luce sulle molecole organiche conosciute come tholin, un termine derivato dalla parola greca per “fangoso” o “nebuloso”.

Lo studio di Schulz e Maillard ha consentito di osservare con maggiore agilità i vari stadi di formazione dei tholin: «Con una miscela di metano e azoto abbiamo innescato reazioni chimiche attraverso una scarica elettrica, imitando così le condizioni nell’atmosfera di Titano. Abbiamo quindi analizzato oltre 100 molecole risultanti che compongono i tholin di Titano nel nostro laboratorio a Zurigo, ottenendo immagini a risoluzione atomica di circa una dozzina di loro con il nostro microscopio atomico a bassa temperatura costruito in casa», spiegano Leo Gross e Nathalie Carrasco, coautori dello studio.

Molte le ricadute di questo nuovo studio per la scienza. In un confronto Terra/Titano, gli scienziati osservano che il ciclo idrologico tra i due copri celesti presenta similitudini: su Titano il ciclo avviene dal metano, che passa dallo stato di gas atmosferico a quello di pioggia (da cui si originano i famosi laghi di idrocarburi di Titano), mentre sulla Terra la transizione avviene con l’acqua, che alterna lo stato gassoso (vapore acqueo) a quello liquido (pioggia e acque superficiali).

Le osservazioni delle strutture molecolari in laboratorio potrebbero rispondere sul ruolo svolto dalla foschia della luna di Saturno e sulla Terra primordiale, che potrebbe avere schermato le molecole di DNA sulla sua superficie, proteggendole dalle radiazioni dannose.

Se questa teoria è corretta, le scoperte del team non solo aiuterebbero gli scienziati a comprendere le condizioni in cui è emersa la vita qui sulla Terra, ma potrebbero anche indicare la possibile esistenza della vita su Titano.

Per confermare le molte ipotesi sul tavolo la NASA, entro il 2030, prevede di inviare un aeromobile robotico chiamato Dragonfly su questa luna per esplorarne la superficie e l’atmosfera e cercare possibili segni di vita.

Lo studio di recente pubblicazione concorre a restringere, insieme a tutte le missioni spaziali fin ora realizzate, lo spettro d’indagine della prossima missione Nasa e a potenziarne le possibilità di successo nella ricerca di prove sul campo.

Nell’immagine in evidenza, una rappresentazione artistica di un lago al polo nord della luna di Saturno Titano, che mostra bordi rialzati e caratteristiche simili a bastioni come quelli visti dalla navicella spaziale Cassini della NASA intorno al Winnipeg Lacus della luna. Credito: NASA / JPL-Caltech.