Forskere har gjenskapt de unike kjemiske forholdene som eksisterer på Titan, Saturns største måne, i bittesmå glasssylindre her på jorden, og eksperimentet har avslørt tidligere ukjente trekk ved månens mineralsammensetning.
Titan er den nest største satellitten i solsystemet etter Ganymedes, som tilhører Jupiter, den har en tett atmosfære som hovedsakelig består av nitrogen med innblanding av metan. Denne gulaktige disen holder en temperatur på rundt -180°C. Under atmosfæren er innsjøer, hav og elver av flytende metan og etan som dekker Titans isete skorpe, spesielt nær polene. Som flytende vann på jorden deltar disse naturgassene i en syklus der de fordamper, danner skyer og deretter regner ned på månens overflate.
Titans tette atmosfære, væskeoverflate og sesongmessige værsykluser gjør denne kalde månen litt som Jorden, og som planeten vår har den organiske molekyler som inneholder karbon, hydrogen og oksygen. På grunn av denne organiske kjemien som forekommer på Titan, tror forskere at månen kan tjene som et massivt laboratorium for å studere de kjemiske reaksjonene som skjedde på jorden før livet dukket opp på planeten.
Men bare ett romfartøy, Cassini, har observert Saturn og månene i detalj, noe som gjør det vanskelig å gjennomføre bakkebaserte studier av den merkelige kjemiske sammensetningen som ble oppdaget på Titan. Derfor bestemte en gruppe forskere nylig seg for å modellere Titan i et reagensrør.
Først plasserte gruppen flytende vann i små glassflasker og senket temperaturen til forhold som ligner på titanic. Vannet frøs, og etterlignet Titans iskalde skorpe. Teamet tilsatte deretter etan til røret, som ble flytende som innsjøene på Titans overflate. Til slutt tilsatte de nitrogen for å skape Titans atmosfære, og endret deretter litt temperaturen i røret for å simulere temperatursvingninger på Titans overflate og i de forskjellige lagene i atmosfæren.
I sin siste studie, presentert 26. august på American Chemical Society Fall Meeting, la teamet til to forbindelser, acetonitril (ACN) og propionitril (PCN). Data fra Cassini-oppdraget indikerer at disse forbindelsene er rikelig på Titan. De fleste tidligere studier har studert de to forbindelsene hver for seg, i deres rene form, men teamet ønsket å se hva som ville skje hvis forbindelsene ble blandet, som kan være tilfellet på Titan. I motsetning til å jobbe med hver forbindelse for seg, hvis du blander dem sammen, kan du få et helt annet resultat i strukturen, det vil si hvordan molekylene vil bli organisert, og hvordan molekylene vil krystallisere, eller bli til en fast form.
Teamet fant at under titanlignende forhold oppfører ACN og PCN seg ganske annerledes enn begge sammensetningene alene. Nemlig temperaturene der forbindelser smelter eller krystalliserer endres dramatisk, i størrelsesorden hundrevis av grader Celsius.
Disse smelte- og krystalliseringspunktene vil være relevante i den disige gule atmosfæren til Titan. Ulike lag i atmosfæren varierer i temperatur avhengig av høyde over månens overflate, så for å forstå hvordan kjemikaliene i disen oppfører seg, antyder den nye studien at disse temperatursvingningene må tas i betraktning.
I tillegg fant forskerne at når ACN og PCN krystalliserer, adopterer de forskjellige krystallstrukturer avhengig av om de er alene eller i nærvær av en annen forbindelse. Krystaller dannes når individuelle molekyler av en forbindelse kombineres til en svært organisert struktur. Selv om byggesteinene i denne strukturen - molekylene - forblir de samme, avhengig av faktorer som temperatur, kan de gå sammen i litt forskjellige konfigurasjoner.
Disse variasjonene i krystallstruktur er kjent som polymorfer, og når ACN og PCN eksisterer av seg selv, adopterer de en polymorf ved høye temperaturer og en annen ved lave temperaturer. Men forskere la merke til at hvis det er en blanding, kan stabiliteten til høy temperatur og lav temperatur på en eller annen måte endres. Disse fine detaljene om når og hvordan forbindelsene når en stabilisert struktur kan virkelig endre forståelsen av hvilke mineraler som finnes på Titan.
NASAs Dragonfly-oppdrag, planlagt å starte i 2026 og ankomme Saturn i 2034, kan gi mer informasjon om Titans mineralsammensetning in situ.
Les også: