Znanstvenici su rekreirali jedinstvene kemijske uvjete koji postoje na Titanu, Saturnovom najvećem mjesecu, u sićušnim staklenim cilindrima ovdje na Zemlji, a eksperiment je otkrio ranije nepoznate značajke mineralnog sastava mjeseca.
Titan je drugi najveći satelit u Sunčevom sustavu nakon Ganimeda, koji pripada Jupiteru, ima gustu atmosferu koja se sastoji uglavnom od dušika s primjesom metana. Ova žućkasta izmaglica održava temperaturu od oko -180° C. Ispod atmosfere su jezera, mora i rijeke tekućeg metana i etana koji prekrivaju Titanovu ledenu koru, posebno u blizini polova. Poput tekuće vode na Zemlji, ovi prirodni plinovi sudjeluju u ciklusu u kojem isparavaju, stvaraju oblake, a zatim kišom padaju na površinu Mjeseca.
Titanova gusta atmosfera, tekuća površina i sezonski vremenski ciklusi čine ovaj hladni mjesec pomalo sličnim Zemlji, a kao i naš planet, ima organske molekule koje sadrže ugljik, vodik i kisik. Zbog te organske kemije koja se događa na Titanu, znanstvenici vjeruju da bi Mjesec mogao poslužiti kao golemi laboratorij za proučavanje kemijskih reakcija koje su se dogodile na Zemlji prije nego što se život pojavio na planetu.
Ali samo je jedna svemirska letjelica, Cassini, detaljno promatrala Saturn i njegove mjesece, što otežava provođenje zemaljskih studija neobičnog kemijskog sastava otkrivenog na Titanu. Stoga je skupina znanstvenika nedavno odlučila modelirati Titan u epruveti.
Prvo je grupa stavila tekuću vodu u male staklene cilindre i spustila temperaturu na uvjete slične onima na Titaniku. Voda se zaledila, oponašajući Titanovu ledenu koru. Tim je zatim dodao etan u cijev, koja je postala tekuća poput jezera na površini Titana. Na kraju su dodali dušik kako bi stvorili Titanovu atmosferu, a zatim malo promijenili temperaturu u cijevi kako bi simulirali temperaturne fluktuacije na Titanovoj površini i u različitim slojevima njegove atmosfere.
U svojoj posljednjoj studiji, predstavljenoj 26. kolovoza na jesenskom sastanku Američkog kemijskog društva, tim je dodao dva spoja, acetonitril (ACN) i propionitril (PCN). Podaci iz misije Cassini pokazuju da su ti spojevi u izobilju na Titanu. Većina prethodnih studija proučavala je dva spoja odvojeno, u njihovom čistom obliku, ali tim je želio vidjeti što bi se dogodilo ako bi se spojevi pomiješali, kao što bi mogao biti slučaj na Titanu. Za razliku od rada sa svakim spojem zasebno, ako ih pomiješate, možete dobiti potpuno drugačiji rezultat u strukturi, odnosno kako će se molekule organizirati, te kako će se molekule kristalizirati, odnosno pretvoriti u čvrsti oblik.
Tim je otkrio da se pod uvjetima sličnim titanu, ACN i PCN ponašaju sasvim drugačije nego bilo koji spoj pojedinačno. Naime, temperature na kojima se spojevi tope ili kristaliziraju dramatično se mijenjaju, reda veličine stotina Celzijevih stupnjeva.
Ove točke taljenja i kristalizacije bile bi relevantne u maglovitoj žutoj atmosferi Titana. Različiti slojevi atmosfere variraju u temperaturi ovisno o nadmorskoj visini iznad Mjesečeve površine, pa da bismo razumjeli kako se kemikalije u izmaglici ponašaju, nova studija sugerira da se ove temperaturne fluktuacije moraju uzeti u obzir.
Osim toga, znanstvenici su otkrili da kada ACN i PCN kristaliziraju, poprimaju različite kristalne strukture ovisno o tome jesu li sami ili u prisutnosti drugog spoja. Kristali nastaju kada se pojedinačne molekule spoja spoje u visoko organiziranu strukturu. Iako građevni blokovi ove strukture - molekule - ostaju isti, ovisno o čimbenicima kao što je temperatura, mogu se spojiti u nešto drugačije konfiguracije.
Ove varijacije u kristalnoj strukturi poznate su kao polimorfi, a kada ACN i PCN postoje sami, oni usvajaju jedan polimorf na visokim temperaturama, a drugi na niskim temperaturama. Ali znanstvenici su primijetili da ako postoji mješavina, tada se stabilnost visoke i niske temperature može, u nekom smislu, promijeniti. Ovi fini detalji o tome kada i kako spojevi postižu stabiliziranu strukturu mogli bi stvarno promijeniti razumijevanje o tome koji se minerali mogu pronaći na Titanu.
NASA-ina misija Dragonfly, koja bi trebala biti lansirana 2026. i stići na Saturn 2034., mogla bi pružiti više informacija o mineralnom sastavu Titana in situ.
Pročitajte također: