Вчені відтворили унікальні хімічні умови, які існують на Титані, найбільшому супутнику Сатурна, в крихітних скляних циліндрах тут, на Землі, і в результаті експерименту були виявлені раніше невідомі особливості мінерального складу місяця.
Титан – другий за величиною супутник в Сонячній системі після Ганімеда, який належить Юпітеру, він має щільну атмосферу, що складається в основному з азоту з домішкою метану. Ця жовтувата імла тримається температури близько -180° С. Під атмосферою знаходяться озера, моря і річки з рідкого метану і етану, що покривають крижану кору Титана, особливо поблизу полюсів. Подібно рідкій воді на Землі, ці природні гази беруть участь в циклі, в якому вони випаровуються, утворюють хмари, а потім випадають дощем на поверхню Місяця.
Щільна атмосфера Титана, рідка поверхня і сезонні погодні цикли роблять цей холодний супутник трохи схожим на Землю, і, як і на нашій планеті, на ній є органічні молекули, що містять вуглець, водень і кисень. Через цю органічну хімію, яка відбувається на Титані, вчені вважають, що місяць може служити масивною лабораторією для вивчення хімічних реакцій, які відбувалися на Землі до появи життя на планеті.
Але тільки один космічний апарат, Кассіні, докладно спостерігав Сатурн і його супутники, що ускладнює проведення земних досліджень дивного хімічного складу, виявленого на Титані. Тому недавно група вчених вирішила змоделювати Титан в пробірці.
Спочатку група помістила рідку воду в маленькі скляні циліндри і знизила температуру до умов, аналогічних титанічним. Вода замерзла, імітуючи крижану кору Титана. Потім команда додала в трубку етан, який став рідким, як озера на поверхні Титана. Нарешті, вони додали азот для створення атмосфери Титана, а потім злегка змінили температуру в трубці, щоб імітувати коливання температури на поверхні Титана і в різних шарах його атмосфери.
У своєму останньому дослідженні, представленому 26 серпня на осінній зустрічі Американського хімічного товариства, команда додала дві сполуки – ацетонітрил (ACN) та пропіонітрил (PCN). Дані місії Кассіні свідчать про те, що ці сполуки в достатку присутні на Титані. У більшості попередніх досліджень ці дві сполуки вивчалися окремо, в чистому вигляді, але команда хотіла подивитися, що станеться, якщо ці з’єднання змішаються, як це може бути на Титані. На відміну від роботи з кожним з’єднанням окремо, якщо змішати їх разом може вийти зовсім інший результат в структурі, тобто як молекули будуть організовані, і як молекули будуть кристалізуватися, або переходити у тверду форму.
Команда виявила, що в умовах, подібних титановим, ACN і PCN поводяться зовсім інакше, ніж кожна з цих сполук окремо. А саме, температури, при яких з’єднання плавляться або кристалізуються, різко змінюються, порядку сотень градусів за Цельсієм.
Ці точки плавлення і кристалізації були б актуальні в туманній жовтій атмосфері Титана. Різні шари атмосфери відрізняються по температурі в залежності від висоти над поверхнею місяця, тому для розуміння того, як поводяться хімічні речовини в серпанку, нове дослідження припускає, що ці температурні коливання необхідно враховувати.
Крім того, вчені виявили, що коли ACN і PCN кристалізуються, вони приймають різні кристалічні структури в залежності від того, чи знаходяться вони самі по собі або в присутності іншого з’єднання. Кристали утворюються, коли окремі молекули сполуки з’єднуються в високоорганізовану структуру. Хоча будівельні блоки цієї структури – молекули – залишаються незмінними, в залежності від таких факторів, як температура, вони можуть з’єднуватися в трохи різні конфігурації.
Ці варіації кристалічної структури відомі як поліморфи, і коли ACN і PCN існують самі по собі, вони приймають один поліморф при високих температурах і інший при низьких. Але вчені помітили, що якщо є суміш, то стабільність високотемпературних і низькотемпературних може бути, в деякому сенсі, змінені. Ці тонкі деталі того, коли і як сполуки досягають стабілізованої структури, можуть дійсно змінити розуміння того, які мінерали можна зустріти на Титані.
Місія NASA Dragonfly, запуск якої намічений на 2026 рік, а прибуття до Сатурна – на 2034 рік, може надати більше інформації про мінеральний склад Титана на місці.
Читайте також: