科学家们在地球上的微小玻璃圆柱体中重现了土星最大的卫星土卫六上存在的独特化学条件，该实验揭示了月球矿物成分的以前未知的特征。
土卫六是太阳系中仅次于木星木卫三的第二大卫星，它拥有浓密的大气层，主要由氮气和甲烷混合物组成。 这种淡黄色的雾霾温度保持在 -180° C 左右。大气层以下是湖泊、海洋以及液态甲烷和乙烷的河流，它们覆盖着土卫六的冰壳，尤其是在两极附近。 就像地球上的液态水一样，这些天然气参与了一个循环，在这个循环中它们蒸发，形成云，然后下雨到月球表面。
土卫六浓密的大气层、液体表面和季节性的天气循环使这颗寒冷的卫星有点像地球，也像我们的星球一样，它有包含碳、氢和氧的有机分子。 由于土卫六上发生的这种有机化学反应，科学家们认为月球可以作为一个大型实验室来研究地球上出现生命之前发生的化学反应。
但只有卡西尼号航天器详细观察过土星及其卫星，因此很难对土卫六上发现的奇怪化学成分进行地面研究。 因此，一组科学家最近决定在试管中模拟土卫六。
首先，该小组将液态水放入小玻璃缸中，并将温度降低到与泰坦尼克号相似的条件。 水冻结了，模仿土卫六的冰壳。 该团队随后将乙烷添加到管子中，乙烷变成了液体，就像土卫六表面的湖泊一样。 最后，他们添加了氮气来创造土卫六的大气层，然后稍微改变管内的温度来模拟土卫六表面和大气层不同层的温度波动。
在 26 月 日美国化学学会秋季会议上发表的最新研究中，该团队添加了两种化合物，乙腈 (ACN) 和丙腈 (PCN)。 来自卡西尼号任务的数据表明这些化合物在土卫六上很丰富。 之前的大多数研究都是单独研究这两种化合物，以它们的纯形式存在，但该团队想看看如果这些化合物混合会发生什么，就像土卫六上的情况一样。 与单独处理每种化合物不同，如果将它们混合在一起，则可以在结构上得到完全不同的结果，即分子将如何组织，以及分子将如何结晶或变成固体形式。
该团队发现，在类似钛的条件下，ACN 和 PCN 的行为与单独使用任何一种化合物都大不相同。 也就是说，化合物熔化或结晶的温度会急剧变化，大约为数百摄氏度。
这些熔点和结晶点与土卫六朦胧的黄色大气层有关。 不同大气层的温度根据月球表面上方的高度而变化，因此要了解雾霾中化学物质的行为，新研究表明需要考虑这些温度波动。
此外，科学家们发现，当 ACN 和 PCN 结晶时，它们会采用不同的晶体结构，具体取决于它们是单独存在还是存在另一种化合物。 当化合物的单个分子组合成高度有序的结构时，就会形成晶体。 虽然这种结构的组成部分——分子——保持不变，但取决于温度等因素，它们可以以略有不同的配置连接在一起。
这些晶体结构的变化被称为 多形体，当ACN和PCN单独存在时，它们在高温下采用一种多晶型物，在低温下采用另一种多晶型物。 但科学家们注意到，如果存在混合物，那么在某种意义上，高温和低温的稳定性可能会发生变化。 这些关于化合物何时以及如何达到稳定结构的细节可能真正改变人们对土卫六上可以发现哪些矿物质的理解。
计划于 2026 年发射并于 2034 年抵达土星的 NASA 蜻蜓任务可能会提供有关土卫六原位矿物成分的更多信息。
另请阅读：