دانشمندان شرایط شیمیایی منحصربه‌فردی را که در تیتان، بزرگترین قمر زحل، در استوانه‌های شیشه‌ای ریز اینجا روی زمین وجود دارد، بازسازی کرده‌اند، و این آزمایش ویژگی‌های قبلاً ناشناخته ترکیب معدنی ماه را آشکار کرده است.
تیتان دومین ماهواره بزرگ منظومه شمسی بعد از گانیمد است که متعلق به مشتری است، جوی متراکم دارد که عمدتاً از نیتروژن با مخلوط متان تشکیل شده است. این مه مایل به زرد دمایی در حدود -180 درجه سانتیگراد حفظ می کند. در زیر جو دریاچه ها، دریاها و رودخانه هایی از متان و اتان مایع وجود دارد که پوسته یخی تیتان را به خصوص در نزدیکی قطب ها می پوشاند. مانند آب مایع روی زمین، این گازهای طبیعی در چرخه ای شرکت می کنند که در آن تبخیر می شوند، ابرها را تشکیل می دهند و سپس بر سطح ماه می بارد.
جو متراکم تیتان، سطح مایع و چرخه های آب و هوای فصلی، این ماه سرد را کمی شبیه زمین کرده است و مانند سیاره ما، مولکول های آلی حاوی کربن، هیدروژن و اکسیژن دارد. به دلیل این شیمی آلی که در تیتان اتفاق می افتد، دانشمندان بر این باورند که ماه می تواند به عنوان یک آزمایشگاه عظیم برای مطالعه واکنش های شیمیایی روی زمین قبل از ظهور حیات در این سیاره عمل کند.
اما تنها یک فضاپیما، کاسینی، زحل و قمرهای آن را با جزئیات رصد کرده است که انجام مطالعات زمینی ترکیب شیمیایی عجیب کشف شده در تیتان را دشوار می کند. بنابراین، اخیراً گروهی از دانشمندان تصمیم گرفتند تا تیتان را در یک لوله آزمایش مدل کنند.
ابتدا این گروه آب مایع را در استوانه های شیشه ای کوچک قرار دادند و دما را به شرایطی مشابه تایتانیک کاهش دادند. آب به تقلید از پوسته یخی تیتان یخ زد. تیم سپس اتان را به لوله اضافه کرد که مانند دریاچه های سطح تیتان مایع شد. در نهایت، آنها نیتروژن را برای ایجاد جو تیتان اضافه کردند و سپس دمای لوله را کمی تغییر دادند تا نوسانات دما را در سطح تیتان و در لایه‌های مختلف جو آن شبیه‌سازی کنند.
در آخرین مطالعه خود که در 26 آگوست در نشست پاییزی انجمن شیمی آمریکا ارائه شد، تیم دو ترکیب استونیتریل (ACN) و پروپیونیتریل (PCN) را اضافه کردند. داده های ماموریت کاسینی نشان می دهد که این ترکیبات در تیتان فراوان هستند. اکثر مطالعات قبلی این دو ترکیب را به صورت جداگانه و به شکل خالص آنها مورد مطالعه قرار داده‌اند، اما تیم می‌خواست ببیند که اگر این ترکیبات با هم مخلوط شوند، چه اتفاقی می‌افتد، همانطور که ممکن است در مورد تیتان اتفاق بیفتد. برخلاف کار با هر ترکیب جداگانه، اگر آنها را با هم مخلوط کنید، می توانید نتیجه کاملاً متفاوتی در ساختار بدست آورید، یعنی اینکه مولکول ها چگونه سازماندهی می شوند و مولکول ها چگونه متبلور می شوند یا به شکل جامد تبدیل می شوند.
این تیم دریافتند که تحت شرایط مشابه تیتانیوم، ACN و PCN کاملاً متفاوت از هر یک از ترکیبات به تنهایی رفتار می کنند. یعنی دمایی که در آن ترکیبات ذوب یا متبلور می شوند به طور چشمگیری در حدود صدها درجه سانتیگراد تغییر می کند.
این نقاط ذوب و تبلور در جو زرد مه آلود تیتان مرتبط است. لایه‌های مختلف اتمسفر بسته به ارتفاع از سطح ماه از نظر دما متفاوت هستند، بنابراین برای درک چگونگی رفتار مواد شیمیایی موجود در مه، مطالعه جدید نشان می‌دهد که این نوسانات دما باید در نظر گرفته شوند.
علاوه بر این، دانشمندان دریافتند که وقتی ACN و PCN متبلور می شوند، بسته به اینکه به تنهایی باشند یا در حضور ترکیب دیگری، ساختارهای کریستالی متفاوتی را اتخاذ می کنند. کریستال ها زمانی تشکیل می شوند که تک تک مولکول های یک ترکیب در یک ساختار بسیار سازمان یافته ترکیب شوند. اگرچه بلوک‌های سازنده این ساختار - مولکول‌ها - ثابت می‌مانند، بسته به عواملی مانند دما، می‌توانند در پیکربندی‌های کمی متفاوت به یکدیگر بپیوندند.
این تغییرات در ساختار بلوری به عنوان شناخته شده است چند شکلیو هنگامی که ACN و PCN به تنهایی وجود داشته باشند، یک چند شکلی را در دماهای بالا و دیگری را در دمای پایین اتخاذ می کنند. اما دانشمندان متوجه شدند که اگر مخلوطی وجود داشته باشد، پایداری دمای بالا و دمای پایین می تواند به نوعی تغییر کند. این جزئیات دقیق از زمان و چگونگی رسیدن ترکیبات به یک ساختار تثبیت شده می تواند واقعاً درک مواد معدنی موجود در تیتان را تغییر دهد.
ماموریت سنجاقک ناسا که قرار است در سال 2026 پرتاب شود و در سال 2034 به زحل برسد، ممکن است اطلاعات بیشتری در مورد ترکیب معدنی تیتان در محل ارائه دهد.
همچنین بخوانید: