Morgan Cable maakt miniatuurversies van buitenaardse omgevingen. Ze kan een meer ter grootte van een jeneverglas, een fijne mist van regendruppeltjes en nog meer wonderbaarlijke verschijnselen fabriceren waarmee het vreemde oppervlak van Titan, een van de manen van Saturnus, wordt nagebootst. In deze verre wereld daalt de temperatuur tot honderden graden onder nul, en snijden rivieren van vloeibaar methaan en ethaan valleien in een bevroren landschap van waterijs.
“We kunnen Titan hier in het lab zo te zeggen aanraken, hoewel de maan op miljoenen kilometers afstand van ons staat,” vertelt Cable, een onderzoeker van de Astrobiology and Oceans Worlds Group bij NASA’s Jet Propulsion Laboratory
Zij en haar collega's werken al jaren aan deze mini-werelden, maar hun laatste kleine Titan-reproductie heeft voor opwinding gezorgd: door acetyleen en butaan op een nieuwe manier te vermengen, heeft het team een tot nog toe onbekende soort ‘mineraal’ gecreëerd. De nieuwe substantie voldoet niet precies aan de algemeen gebruikte definitie van een mineraal op aarde, omdat nog moet worden vastgesteld of het in de natuur kan ontstaan. Het wordt daarom omschreven met de technische naam ‘co-kristal’ (inhet Engels: co-crystal).
Deze vreemde substantie wordt waarschijnlijk op aarde niet op natuurlijke wijze gevormd, maar het zou kunnen dat deze in overvloede aanwezig is op het koolwaterstof-rijke oppervlak van Titan,schrijven de wetenschappers in een artikel in het vakblad ACS Earth and Space Chemistry. Als dat zo is, dan levert de vondst nieuwe mogelijkheden op om de evolutie en omstandigheden op deze fascinerende maan te onderzoeken, inclusief de mogelijkheid dat er daar leven bestaat dat heel anders is dan wat we ooit op aarde hebben gezien.
“We hebben geduimd dat er iets interessants zou gebeuren,” vertelt Cable over het experiment.
Een juweel van een vondst
Enkele jaren geleden hoorden Cable en haar collega's over vreemde formaties rond de beroemde koolwaterstofmeren op Titan. Uit gegevens van NASA's Cassini-missie naar Saturnus bleek dat, als de meren opdrogen, er een mysterieuze substantie achterblijft, zoals de schuimachtige ring die te zien blijft als het bad is leeggelopen. Het team vroeg zich af waar die restanten uit bestonden.
Toen ze begonnen met zoeken naar mogelijke opties, namen de onderzoekers als uitgangspunt dat het waarschijnlijk de slechtst oplosbare substantie was in de methaan- en ethaanmeren op Titan. Daarom onderzochten ze benzeen en ethaan, stoffen die niet samen mengen, net zoals olie en water. Als een deel van de vloeistof zou verdampen, bedachten ze, dan zou benzeen als eerste achterblijven.
In het lab bleek dat een mix van deze bestanddelen inderdaad kristallen opleverde. Het team schoot met lasers op de kristallen, om ze nader te onderzoeken, en bekeek het licht dat werd teruggekaatst. Met deze methode, raman-spectroscopie genoemd, kan de interactie tussen moleculen en de aard van hun chemische verbindingen worden onderzocht.
“Een van mijn collega's bekeek het spectrum en zei: ‘Hé, dat is vreemd,’” herinnert Cable zich. Het leek erop alsof het benzeen zich op een bijzondere manier rond het ethaan had geordend, waardoor een ongewoon organisch kristal was ontstaan. Aangemoedigd door dit resultaat, begon het team andere combinaties uit de proberen van de substanties die op Titan voorkomen, om te zien wat dat zou opleveren.
Voor hun meest recente werk, richtten ze zich op twee substanties die waarschijnlijk veel voorkomen op het maanoppervlak, acetyleen en butaan. Deze beide bestanddelen zijn gasvormig op kamertemperatuur en onder normale druk, dus pompten de onderzoekers de twee gassen in een kleine vriezer, waar de gassen op een gekoeld microscoopplaatje neersloegen. De gecondenseerde gassen ordenden zich tot de onlangs ontdekte co-kristallen.
Het team vroeg zich ook af hoe stabiel die vreemde substantie zou zijn bij de temperatuur en druk die op Titan heersen. Het antwoord: behoorlijk stabiel. De onderzoekers lieten vloeibaar ethaan over de kristallen lopen, zoals dat zou kunnen gebeuren tijdens een regenbui op Titan. Het bleek de co-kristallen niet te deren: die bleven vast.
Wachten op de Dragonfly
Deze ontdekking laat zien hoe de wetenschappelijke denkwijze over verre werelden zich steeds verder ontwikkelt, vertelt Baptiste Journaux van de University of Washington, die geen deel uitmaakte van het onderzoeksteam.
“Je kunt niet snappen hoe de aarde in elkaar zit als je de chemische en mineralogische diversiteit buiten beschouwing laat,” vertelt hij. “Dan begrijp je niet waarom er bergen zijn, waarom er vulkanen zijn, waarom er verschillende typen aardkorst zijn, waarom er convectie plaatsvindt.”
Datzelfde geldt voor andere planeten en manen. Titan komt ons aardbewoners griezelig bekend voor, vanwege de complexiteit van het landschap. Er zijn golvende duinen rond de evenaar van de maan. Verspreid over de vlakten liggen ‘kiezels’ van ijs. Op het oppervlak zijn meren en zeeën te herkennen. En langs de randen van de meren kan zelfs schuim ontstaan. Maar chemisch gezien is Titan verbazingwekkend anders dan de aarde, met een giftig mengsel van organische bestanddelen die er circuleren.
Als het pas ontdekte mineraal werkelijk op Titan bestaat, dan zou de mogelijkheid om het te kunnen maken en manipuleren kennis kunnen opleveren over de vorm en ontwikkeling van de unieke fysieke eigenschappen van de maan. Bovendien bestaan er op aarde microben die zich met acetyleen voeden en zo energie halen uit de organische stof. Het is dus mogelijk dat het veronderstelde Titan-mineraal dienst zou kunnen doen als een geconcentreerde voedselbron voor buitenaardse microben - hoewel het nog maar helemaal de vraag is of er buitenaards leven op Titan bestaat. Journaux, die ook deel uitmaakt van het NASA Astrobiology Institute, waarschuwt dat het feit dat een omgeving leefbaar lijkt, nog niet bekent dat er ook daadwerkelijk leven is.
“Ik vind dit onderzoek heel spannend, dit is echt cool,” zegt Martin Rahm, die aan de Chalmers tekniska högskola (Technische universiteit Chalmers) in Zweden werkt. “Er zijn niet veel mensen die dit soort onderzoek doen, en ik denk dat er nog veel co-kristallen te ontdekken zijn.”
Onderzoekers komen binnenkort meer te weten, dankzij een NASA-missie waarbij een ‘dual-quadcopter’ met de naam Dragonfly wordt gelanceerd die naar verwachting in 2034 op Titan landt. In de tussentijd is het team van plan door te gaan met het onderzoek naar combinaties van chemische bestanddelen van Titan, en wellicht uiteindelijk ook onderzoek te gaan doen naar meer complexe mixen met drie organische bestanddelen. Ze willen ook de eigenschappen van deze vreemde co-kristallen bestuderen - en misschien uiteindelijk kunnen voorspellen wanneer er zich andere ‘in het wild’ vormen.
“We zijn nog niet klaar,” aldus Cable. “Het is voorlopig nog veel te leuk om van alles in het lab bij elkaar te gooien en te kijken wat er gebeurt.”
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
