Forskere har genskabt de unikke kemiske forhold, der eksisterer på Titan, Saturns største måne, i bittesmå glascylindre her på Jorden, og eksperimentet har afsløret hidtil ukendte træk ved månens mineralsammensætning.
Titan er den næststørste satellit i solsystemet efter Ganymedes, som hører til Jupiter, den har en tæt atmosfære, der hovedsageligt består af nitrogen med iblanding af metan. Denne gullige dis holder en temperatur på omkring -180° C. Under atmosfæren er søer, have og floder af flydende metan og ethan, der dækker Titans iskolde skorpe, især nær polerne. Ligesom flydende vand på Jorden deltager disse naturgasser i en cyklus, hvor de fordamper, danner skyer og derefter regner ned på Månens overflade.
Titans tætte atmosfære, væskeoverflade og sæsonbestemte vejrcyklusser gør denne kolde måne lidt som Jorden, og ligesom vores planet har den organiske molekyler, der indeholder kulstof, brint og ilt. På grund af denne organiske kemi, der forekommer på Titan, mener videnskabsmænd, at månen kunne tjene som et massivt laboratorium til at studere de kemiske reaktioner, der fandt sted på Jorden, før livet dukkede op på planeten.
Men kun ét rumfartøj, Cassini, har observeret Saturn og dens måner i detaljer, hvilket gør det vanskeligt at udføre jordbaserede undersøgelser af den mærkelige kemiske sammensætning, der er opdaget på Titan. Derfor besluttede en gruppe forskere for nylig at modellere Titan i et reagensglas.
Først placerede gruppen flydende vand i små glascylindre og sænkede temperaturen til betingelser svarende til titanic. Vandet frøs og efterlignede Titans iskolde skorpe. Holdet tilføjede derefter ethan til røret, som blev flydende som søerne på Titans overflade. Til sidst tilføjede de nitrogen for at skabe Titans atmosfære og ændrede derefter lidt temperaturen i røret for at simulere temperatursvingninger på Titans overflade og i de forskellige lag af dens atmosfære.
I deres seneste undersøgelse, præsenteret den 26. august på American Chemical Society Fall Meeting, tilføjede holdet to forbindelser, acetonitril (ACN) og propionitril (PCN). Data fra Cassini-missionen indikerer, at disse forbindelser er rigelige på Titan. De fleste tidligere undersøgelser har studeret de to forbindelser separat i deres rene form, men holdet ønskede at se, hvad der ville ske, hvis forbindelserne blev blandet, som det kunne være tilfældet på Titan. I modsætning til at arbejde med hver forbindelse for sig, kan man, hvis man blander dem sammen, få et helt andet resultat i strukturen, det vil sige hvordan molekylerne vil blive organiseret, og hvordan molekylerne krystalliserer eller bliver til en fast form.
Holdet fandt ud af, at under titaniumlignende forhold opfører ACN og PCN sig helt anderledes end begge forbindelser alene. Nemlig de temperaturer, ved hvilke forbindelser smelter eller krystalliserer, ændrer sig dramatisk, i størrelsesordenen hundredvis af grader Celsius.
Disse smelte- og krystallisationspunkter ville være relevante i Titans disige gule atmosfære. Forskellige lag af atmosfæren varierer i temperatur afhængigt af højden over månens overflade, så for at forstå, hvordan kemikalierne i disen opfører sig, tyder det nye studie på, at disse temperaturudsving skal tages i betragtning.
Derudover fandt forskerne ud af, at når ACN og PCN krystalliserer, vedtager de forskellige krystalstrukturer afhængigt af, om de er alene eller i nærværelse af en anden forbindelse. Krystaller dannes, når individuelle molekyler af en forbindelse kombineres til en meget organiseret struktur. Selvom byggestenene i denne struktur - molekylerne - forbliver de samme, afhængigt af faktorer som temperatur, kan de slutte sig sammen i lidt forskellige konfigurationer.
Disse variationer i krystalstruktur er kendt som polymorfer, og når ACN og PCN eksisterer af sig selv, adopterer de en polymorf ved høje temperaturer og en anden ved lave temperaturer. Men forskere bemærkede, at hvis der er en blanding, så kan stabiliteten af høj temperatur og lav temperatur på en eller anden måde ændres. Disse fine detaljer om hvornår og hvordan forbindelserne når en stabiliseret struktur kunne virkelig ændre forståelsen af, hvilke mineraler der kan findes på Titan.
NASAs Dragonfly-mission, der er planlagt til at lancere i 2026 og ankomme til Saturn i 2034, kan give flere oplysninger om Titans mineralsammensætning in situ.
Læs også: