Si hay vida en Titán , la luna más grande de Saturno , es actualmente una cuestión abierta y un tema de evaluación e investigación científica. Titán es mucho más frío que la Tierra , pero de todos los lugares del Sistema Solar , Titán es el único lugar además de la Tierra que se sabe que tiene líquidos en forma de ríos, lagos y mares en su superficie. Su espesa atmósfera es químicamente activa y rica en compuestos de carbono. En la superficie hay cuerpos pequeños y grandes tanto de metano líquido como de etano , y es probable que haya una capa de agua líquida debajo de su capa de hielo. Algunos científicos especulan que estas mezclas líquidas pueden proporcionar química prebiótica para células vivas diferentes a las de la Tierra .
En junio de 2010, los científicos que analizaban datos de la misión Cassini-Huygens informaron anomalías en la atmósfera cerca de la superficie que podrían ser consistentes con la presencia de organismos productores de metano, pero que también podrían deberse a procesos químicos o meteorológicos no vivos. [1] La misión Cassini-Huygens no estaba equipada para buscar directamente microorganismos ni para proporcionar un inventario exhaustivo de compuestos orgánicos complejos .
La consideración de Titán como entorno para el estudio de la química prebiótica o de vida potencialmente exótica se debe en gran parte a la diversidad de la química orgánica que se produce en su atmósfera, impulsada por reacciones fotoquímicas en sus capas exteriores. El espectrómetro de masas de Cassini ha detectado las siguientes sustancias químicas en la atmósfera superior de Titán :
Como la espectrometría de masas identifica la masa atómica de un compuesto pero no su estructura, se requiere investigación adicional para identificar el compuesto exacto que se ha detectado. Cuando los compuestos han sido identificados en la literatura, su fórmula química ha sido reemplazada por su nombre arriba. Las cifras de Magee (2009) implican correcciones por fondo de alta presión. Otros compuestos que se cree que están indicados por los datos y los modelos asociados incluyen amoníaco , polinos , aminas , etilenimina , hidruro de deuterio, aleno , 1,3 butadieno y cualquier cantidad de sustancias químicas más complejas en concentraciones más bajas, así como dióxido de carbono y cantidades limitadas de vapor de agua. [2] [3] [4]
Debido a su distancia del Sol, Titán es mucho más frío que la Tierra. La temperatura de su superficie es de aproximadamente 94 K (-179 °C o -290 °F). A estas temperaturas, el hielo de agua, si está presente, no se derrite, no se evapora ni se sublima, sino que permanece sólido. Debido al frío extremo y también a la falta de dióxido de carbono (CO 2 ) en la atmósfera, científicos como Jonathan Lunine han visto en Titán menos un hábitat probable para vida extraterrestre que un experimento para examinar hipótesis sobre las condiciones que prevalecían. antes de la aparición de la vida en la Tierra. [5] Aunque la temperatura habitual de la superficie de Titán no es compatible con el agua líquida, los cálculos de Lunine y otros sugieren que los impactos de meteoritos podrían crear "oasis de impacto" ocasionales: cráteres en los que el agua líquida podría persistir durante cientos de años o más, lo que permitiría la química orgánica a base de agua. [6] [7] [8]
Sin embargo, Lunine no descarta la vida en un ambiente de metano y etano líquidos, y ha escrito sobre lo que implicaría el descubrimiento de tal forma de vida (aunque sea muy primitiva) sobre la prevalencia de la vida en el universo. [9]
En la década de 1970, los astrónomos encontraron niveles inesperadamente altos de emisiones infrarrojas de Titán. [10] Una posible explicación para esto fue que la superficie estaba más cálida de lo esperado, debido al efecto invernadero . Algunas estimaciones de la temperatura de la superficie incluso se acercaban a las temperaturas de las regiones más frías de la Tierra. Sin embargo, había otra posible explicación para las emisiones infrarrojas: la superficie de Titán era muy fría, pero la atmósfera superior se calentaba debido a la absorción de luz ultravioleta por moléculas como el etano, el etileno y el acetileno. [10]
En septiembre de 1979, Pioneer 11 , la primera sonda espacial que realizó observaciones de sobrevuelo de Saturno y sus lunas, envió datos que mostraban que la superficie de Titán era extremadamente fría para los estándares de la Tierra, y muy por debajo de las temperaturas generalmente asociadas con la habitabilidad planetaria . [11]
Es posible que Titán se caliente más en el futuro. [12] Dentro de cinco a seis mil millones de años, a medida que el Sol se convierta en una gigante roja , las temperaturas de la superficie podrían aumentar a ~200 K (-70 °C), lo suficientemente alto como para que existan océanos estables de una mezcla de agua y amoníaco en su superficie. . A medida que la producción ultravioleta del Sol disminuye, la neblina en la atmósfera superior de Titán se agotará, disminuyendo el efecto anti-invernadero en su superficie y permitiendo que el efecto invernadero creado por el metano atmosférico desempeñe un papel mucho mayor. Estas condiciones juntas podrían crear un ambiente agradable para formas de vida exóticas y persistirán durante varios cientos de millones de años. [12] Este fue tiempo suficiente para que la vida simple evolucionara en la Tierra, aunque la presencia de amoníaco en Titán podría causar que las mismas reacciones químicas procedieran más lentamente. [12]
La falta de agua líquida en la superficie de Titán fue citada en 2009 por el astrobiólogo de la NASA Andrew Pohorille como argumento contra la vida allí. Pohorille considera que el agua es importante no sólo como disolvente utilizado por "la única vida que conocemos", sino también porque sus propiedades químicas son "excepcionalmente adecuadas para promover la autoorganización de la materia orgánica". Se ha preguntado si las perspectivas de encontrar vida en la superficie de Titán son suficientes para justificar el gasto de una misión que la busque. [13]
Las simulaciones de laboratorio han llevado a la sugerencia de que existe suficiente material orgánico en Titán para iniciar una evolución química análoga a la que se cree que inició la vida en la Tierra. Si bien la analogía supone la presencia de agua líquida durante períodos más largos de lo que se observa actualmente, varias hipótesis sugieren que el agua líquida de un impacto podría conservarse bajo una capa de aislamiento congelada. [14] También se ha propuesto que podrían existir océanos de amoníaco muy por debajo de la superficie; [15] [16] un modelo sugiere una solución de amoníaco y agua a hasta 200 km de profundidad debajo de una corteza de hielo de agua, condiciones que, "aunque extremas para los estándares terrestres, son tales que la vida podría sobrevivir". [17] La transferencia de calor entre las capas interior y superior sería fundamental para sustentar cualquier vida oceánica bajo la superficie. [15] La detección de vida microbiana en Titán dependería de sus efectos biogénicos. Por ejemplo, se podría examinar el origen biogénico del metano y el nitrógeno atmosféricos. [17]
Los datos publicados en 2012 obtenidos de la nave espacial Cassini de la NASA han reforzado la evidencia de que Titán probablemente alberga una capa de agua líquida debajo de su capa de hielo. [18]
Titán es el único satélite natural (luna) conocido en el Sistema Solar que tiene una atmósfera completamente desarrollada que consta de más que gases traza. La atmósfera de Titán es espesa, químicamente activa y se sabe que es rica en compuestos orgánicos ; Esto ha llevado a especular sobre si allí se pudieron haber generado precursores químicos de la vida. [19] [20] [21] La atmósfera también contiene gas hidrógeno , que circula a través de la atmósfera y el entorno superficial, y que los seres vivos comparables a los metanógenos de la Tierra podrían combinar con algunos de los compuestos orgánicos (como el acetileno ) para obtener energía. [19] [20] [21]
El experimento de Miller-Urey y varios experimentos posteriores han demostrado que con una atmósfera similar a la de Titán y la adición de radiación ultravioleta , se pueden generar moléculas complejas y sustancias poliméricas como las tolinas . La reacción comienza con la disociación del nitrógeno y el metano, formando cianuro de hidrógeno y acetileno . Se han estudiado extensamente otras reacciones. [22]
En octubre de 2010, Sarah Hörst , de la Universidad de Arizona, informó haber encontrado las cinco bases de nucleótidos (componentes básicos del ADN y el ARN ) entre los muchos compuestos producidos cuando se aplicó energía a una combinación de gases como los de la atmósfera de Titán. Hörst también encontró aminoácidos , los componentes básicos de las proteínas . Dijo que era la primera vez que se encontraban bases de nucleótidos y aminoácidos en un experimento de este tipo sin la presencia de agua líquida. [23]
En abril de 2013, la NASA informó que podrían surgir sustancias químicas orgánicas complejas en Titán basándose en estudios que simulan la atmósfera de Titán. [24] En junio de 2013, se detectaron hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en la atmósfera superior de Titán. [25]
Un equipo de investigadores dirigido por Martin Rahm sugirió en 2016 que la poliimina podría funcionar fácilmente como un componente básico en las condiciones de Titán. [26] La atmósfera de Titán produce cantidades significativas de cianuro de hidrógeno, que se polimeriza fácilmente en formas que pueden capturar energía luminosa en las condiciones de la superficie de Titán. Hasta el momento se desconoce la respuesta a lo que sucede con el cianuro de Titán; Si bien es rico en la atmósfera superior donde se crea, se agota en la superficie, lo que sugiere que hay algún tipo de reacción que lo consume. [27]
En julio de 2017, los científicos de Cassini identificaron positivamente la presencia de aniones de cadena de carbono en la atmósfera superior de Titán que parecían estar involucrados en la producción de grandes compuestos orgánicos complejos. [28] Se sabía anteriormente que estas moléculas altamente reactivas contribuían a la construcción de compuestos orgánicos complejos en el medio interestelar, lo que destaca un trampolín posiblemente universal para producir material orgánico complejo. [29]
En julio de 2017, los científicos informaron que se había encontrado en Titán acrilonitrilo (C 2 H 3 CN), una sustancia química posiblemente esencial para la vida por estar relacionada con la formación de estructuras de vesículas y membranas celulares . [30]
En octubre de 2018, los investigadores informaron sobre vías químicas a baja temperatura desde compuestos orgánicos simples hasta compuestos químicos complejos de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH). Estas vías químicas pueden ayudar a explicar la presencia de HAP en la atmósfera de baja temperatura de Titán y pueden ser vías importantes, en términos de la hipótesis mundial de HAP , en la producción de precursores de sustancias bioquímicas relacionadas con la vida tal como la conocemos. [31] [32]
Aunque todos los seres vivos de la Tierra (incluidos los metanógenos) utilizan agua líquida como disolvente, es concebible que la vida en Titán utilice en su lugar un hidrocarburo líquido, como el metano o el etano. [33] El agua es un disolvente más fuerte que los hidrocarburos; [34] sin embargo, el agua es más reactiva químicamente y puede descomponer moléculas orgánicas grandes mediante hidrólisis . [33] Una forma de vida cuyo disolvente fuera un hidrocarburo no correría el riesgo de que sus biomoléculas fueran destruidas de esta manera. [33]
Titán parece tener lagos de etano líquido o metano líquido en su superficie, así como ríos y mares, que algunos modelos científicos sugieren que podrían sustentar una hipotética vida no basada en el agua . [19] [20] [21] Se ha especulado que podría existir vida en el metano y etano líquidos que forman ríos y lagos en la superficie de Titán, tal como los organismos de la Tierra viven en el agua. [35] Tales criaturas hipotéticas tomarían H 2 en lugar de O 2 , lo reaccionarían con acetileno en lugar de glucosa y producirían metano en lugar de dióxido de carbono. [35] En comparación, algunos metanógenos en la Tierra obtienen energía haciendo reaccionar hidrógeno con dióxido de carbono, produciendo metano y agua.
En 2005, los astrobiólogos Christopher McKay y Heather Smith predijeron que si la vida metanogénica consume hidrógeno atmosférico en un volumen suficiente, tendrá un efecto mensurable en la proporción de mezcla en la troposfera de Titán. Los efectos predichos incluyeron un nivel de acetileno mucho más bajo de lo esperado, así como una reducción en la concentración de hidrógeno. [35]
En junio de 2010, Darrell Strobel, de la Universidad Johns Hopkins , presentó evidencia consistente con estas predicciones , quien analizó mediciones de la concentración de hidrógeno en la atmósfera superior e inferior. Strobel descubrió que la concentración de hidrógeno en la atmósfera superior es mucho mayor que cerca de la superficie que la física de la difusión hace que el hidrógeno fluya hacia abajo a una velocidad de aproximadamente 10 25 moléculas por segundo. Cerca de la superficie, el hidrógeno que fluye hacia abajo aparentemente desaparece. [34] [35] [36] Otro artículo publicado el mismo mes mostró niveles muy bajos de acetileno en la superficie de Titán. [34]
Chris McKay estuvo de acuerdo con Strobel en que la presencia de vida, como se sugiere en el artículo de McKay de 2005, es una posible explicación para los hallazgos sobre el hidrógeno y el acetileno, pero también advirtió que actualmente hay otras explicaciones más probables: a saber, la posibilidad de que los resultados se deban a la acción humana. error , a un proceso meteorológico, o a la presencia de algún catalizador mineral que permita que el hidrógeno y el acetileno reaccionen químicamente. [1] [37] Señaló que tal catalizador, efectivo a -178 °C (95 K), es actualmente desconocido y sería en sí mismo un descubrimiento sorprendente, aunque menos sorprendente que el descubrimiento de una forma de vida extraterrestre. [1]
Los hallazgos de junio de 2010 despertaron un considerable interés en los medios de comunicación, incluido un artículo en el periódico británico Telegraph que hablaba de pistas sobre la existencia de "extraterrestres primitivos". [38]
En febrero de 2015 se modeló una membrana celular hipotética capaz de funcionar en metano líquido . [39] La base química propuesta para estas membranas es el acrilonitrilo , que se ha detectado en Titán. [40] Llamado " azotosoma " ('cuerpo de nitrógeno'), formado a partir de "azoto", nitrógeno en griego, y "soma", cuerpo en griego, carece del fósforo y el oxígeno que se encuentran en los fosfolípidos de la Tierra, pero contiene nitrógeno. A pesar de la estructura química y el entorno externo muy diferentes, sus propiedades son sorprendentemente similares, incluida la autoformación de láminas, la flexibilidad, la estabilidad y otras propiedades. Según simulaciones por computadora, los azotosomas no podrían formarse en las condiciones climáticas que se encuentran en Titán. [41]
Un análisis de los datos de Cassini , completado en 2017, confirmó cantidades sustanciales de acrilonitrilo en la atmósfera de Titán. [42] [30]
Para evaluar la probabilidad de encontrar algún tipo de vida en varios planetas y lunas, Dirk Schulze-Makuch y otros científicos han desarrollado un índice de habitabilidad planetaria que tiene en cuenta factores como las características de la superficie y la atmósfera, la disponibilidad de energía, los disolventes y compuestos orgánicos. [43] Utilizando este índice, basado en datos disponibles a finales de 2011, el modelo sugiere que Titán tiene la calificación de habitabilidad actual más alta de cualquier mundo conocido, aparte de la Tierra. [43]
Si bien la misión Cassini-Huygens no estaba equipada para proporcionar evidencia de biofirmas u compuestos orgánicos complejos, mostró un entorno en Titán que es similar, en algunos aspectos, a los teorizados para la Tierra primordial. [44] Los científicos creen que la atmósfera de la Tierra primitiva era similar en composición a la atmósfera actual de Titán, con la importante excepción de la falta de vapor de agua en Titán. [45] Se han desarrollado muchas hipótesis que intentan salvar el paso de la evolución química a la biológica.
Titán se presenta como un caso de prueba para la relación entre la reactividad química y la vida, en un informe de 2007 sobre las condiciones limitantes de la vida preparado por un comité de científicos del Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos . El comité, presidido por John Baross , consideró que "si la vida es una propiedad intrínseca de la reactividad química, la vida debería existir en Titán. En efecto, para que no existiera vida en Titán, tendríamos que argumentar que la vida no es una propiedad intrínseca de la reactividad de las moléculas que contienen carbono en condiciones en las que son estables..." [46]
David Grinspoon , uno de los científicos que en 2005 propuso que organismos hipotéticos en Titán podrían utilizar hidrógeno y acetileno como fuente de energía, [47] ha mencionado la hipótesis de Gaia en el contexto de la discusión sobre la vida en Titán. Sugiere que, así como el medio ambiente de la Tierra y sus organismos han evolucionado juntos, es probable que haya sucedido lo mismo en otros mundos con vida en ellos. En opinión de Grinspoon, los mundos que están "geológica y meteorológicamente vivos tienen muchas más probabilidades de estar también biológicamente vivos". [48]
Se ha propuesto una explicación alternativa para la hipotética existencia de vida en Titán: si se encontrara vida en Titán, podría haberse originado en la Tierra en un proceso llamado panspermia . Se teoriza que los grandes impactos de asteroides y cometas en la superficie de la Tierra han provocado que cientos de millones de fragmentos de roca cargados de microbios escapen de la gravedad de la Tierra. Los cálculos indican que varios de estos se encontrarían con muchos de los cuerpos del Sistema Solar, incluido Titán. [49] [50] Por otro lado, Jonathan Lunine ha argumentado que cualquier ser vivo en los lagos criogénicos de hidrocarburos de Titán tendría que ser tan diferente químicamente de la vida en la Tierra que no sería posible que uno fuera el antepasado del otro. [9] En opinión de Lunine, la presencia de organismos en los lagos de Titán significaría un segundo origen independiente de vida dentro del Sistema Solar, lo que implica que la vida tiene una alta probabilidad de surgir en mundos habitables en todo el cosmos. [9]
La misión propuesta Titan Mare Explorer , un módulo de aterrizaje de clase Discovery que aterrizaría en un lago, "tendría la posibilidad de detectar vida", según el astrónomo Chris Impey de la Universidad de Arizona . [51]
La misión planeada del helicóptero Dragonfly tiene como objetivo aterrizar en tierra firme y reubicarse muchas veces. [52] Dragonfly será la Misión #4 del programa Nuevas Fronteras . Sus instrumentos estudiarán hasta qué punto pudo haber progresado la química prebiótica. [53] Dragonfly llevará equipos para estudiar la composición química de la superficie de Titán y para tomar muestras de la atmósfera inferior en busca de posibles biofirmas , incluidas las concentraciones de hidrógeno. [53]
