Forskare har återskapat de unika kemiska förhållandena som finns på Titan, Saturnus största måne, i små glascylindrar här på jorden, och experimentet har avslöjat tidigare okända egenskaper hos månens mineralsammansättning.
Titan är den näst största satelliten i solsystemet efter Ganymedes, som tillhör Jupiter, den har en tät atmosfär bestående huvudsakligen av kväve med inblandning av metan. Detta gulaktiga dis håller en temperatur på cirka -180° C. Under atmosfären finns sjöar, hav och floder av flytande metan och etan som täcker Titans isiga skorpa, särskilt nära polerna. Liksom flytande vatten på jorden deltar dessa naturgaser i en cykel där de avdunstar, bildar moln och sedan regnar ner på månens yta.
Titans täta atmosfär, vätskeyta och säsongsbetonade vädercykler gör denna kalla måne lite som jorden, och liksom vår planet har den organiska molekyler som innehåller kol, väte och syre. På grund av denna organiska kemi som förekommer på Titan, tror forskare att månen kan fungera som ett massivt laboratorium för att studera de kemiska reaktionerna som inträffade på jorden innan livet dök upp på planeten.
Men bara en rymdfarkost, Cassini, har observerat Saturnus och dess månar i detalj, vilket gör det svårt att genomföra markbaserade studier av den märkliga kemiska sammansättningen som upptäckts på Titan. Därför beslutade en grupp forskare nyligen att modellera Titan i ett provrör.
Först placerade gruppen flytande vatten i små glascylindrar och sänkte temperaturen till förhållanden som liknade titanicens. Vattnet frös och efterliknade Titans isiga skorpa. Teamet tillsatte sedan etan till röret, som blev flytande som sjöarna på Titans yta. Slutligen tillsatte de kväve för att skapa Titans atmosfär, och sedan ändrade de temperaturen i röret något för att simulera temperaturfluktuationer på Titans yta och i de olika lagren av dess atmosfär.
I sin senaste studie, som presenterades den 26 augusti vid American Chemical Society Fall Meeting, lade teamet till två föreningar, acetonitril (ACN) och propionitril (PCN). Data från Cassini-uppdraget indikerar att dessa föreningar är rikliga på Titan. De flesta tidigare studier har studerat de två föreningarna separat, i deras rena form, men teamet ville se vad som skulle hända om föreningarna blandas, vilket kan vara fallet på Titan. Till skillnad från att arbeta med varje förening separat, om du blandar dem tillsammans, kan du få ett helt annat resultat i strukturen, det vill säga hur molekylerna kommer att organiseras, och hur molekylerna kommer att kristallisera, eller förvandlas till en fast form.
Teamet fann att under titanliknande förhållanden beter sig ACN och PCN helt annorlunda än båda föreningarna ensamma. Nämligen de temperaturer vid vilka föreningar smälter eller kristalliserar förändras dramatiskt, i storleksordningen hundratals grader Celsius.
Dessa smält- och kristallisationspunkter skulle vara relevanta i Titans dimmiga gula atmosfär. Olika skikt av atmosfären varierar i temperatur beroende på höjd över månens yta, så för att förstå hur kemikalierna i diset beter sig föreslår den nya studien att dessa temperaturfluktuationer måste tas med i beräkningen.
Dessutom fann forskarna att när ACN och PCN kristalliseras antar de olika kristallstrukturer beroende på om de är ensamma eller i närvaro av en annan förening. Kristaller bildas när enskilda molekyler av en förening kombineras till en välorganiserad struktur. Även om byggstenarna i denna struktur - molekylerna - förblir desamma, beroende på faktorer som temperatur, kan de sammanfogas i lite olika konfigurationer.
Dessa variationer i kristallstruktur är kända som polymorfer, och när ACN och PCN existerar för sig själva antar de en polymorf vid höga temperaturer och en annan vid låga temperaturer. Men forskare märkte att om det finns en blandning, kan stabiliteten hos hög temperatur och låg temperatur i någon mening förändras. Dessa fina detaljer om när och hur föreningarna når en stabiliserad struktur kan verkligen förändra förståelsen av vilka mineraler som finns på Titan.
NASA:s Dragonfly-uppdrag, planerat att starta 2026 och anlända till Saturnus 2034, kan ge mer information om Titans mineralsammansättning på plats.
Läs också: