Учените пресъздадоха уникалните химични условия, които съществуват на Титан, най-голямата луна на Сатурн, в малки стъклени цилиндри тук на Земята и експериментът разкри неизвестни досега характеристики на минералния състав на луната.
Титан е вторият по големина спътник в Слънчевата система след Ганимед, който принадлежи на Юпитер, има плътна атмосфера, състояща се главно от азот с примеси на метан. Тази жълтеникава мъгла поддържа температура от около -180° C. Под атмосферата има езера, морета и реки от течен метан и етан, които покриват ледената кора на Титан, особено близо до полюсите. Подобно на течната вода на Земята, тези природни газове участват в цикъл, в който се изпаряват, образуват облаци и след това валят върху повърхността на Луната.
Плътната атмосфера на Титан, течната повърхност и сезонните климатични цикли правят тази студена луна малко подобна на Земята и като нашата планета има органични молекули, съдържащи въглерод, водород и кислород. Поради тази органична химия, която се случва на Титан, учените смятат, че Луната може да служи като масивна лаборатория за изследване на химическите реакции, които са се случили на Земята, преди животът да се появи на планетата.
Но само един космически кораб, Касини, е наблюдавал подробно Сатурн и неговите луни, което затруднява провеждането на наземни изследвания на странния химичен състав, открит на Титан. Затова група учени наскоро решиха да моделират Титан в епруветка.
Първо, групата постави течна вода в малки стъклени цилиндри и понижи температурата до условия, подобни на тези на Титаник. Водата замръзна, имитирайки ледената кора на Титан. След това екипът добави етан към тръбата, която стана течна като езерата на повърхността на Титан. Накрая те добавиха азот, за да създадат атмосферата на Титан, и след това леко промениха температурата в тръбата, за да симулират температурни колебания на повърхността на Титан и в различните слоеве на атмосферата му.
В последното си проучване, представено на 26 август на есенната среща на Американското химическо дружество, екипът добави две съединения, ацетонитрил (ACN) и пропионитрил (PCN). Данните от мисията на Касини показват, че тези съединения са изобилни на Титан. Повечето предишни проучвания са изучавали двете съединения поотделно, в тяхната чиста форма, но екипът искаше да види какво ще се случи, ако съединенията се смесят, какъвто може да е случаят с Титан. За разлика от работата с всяко съединение поотделно, ако ги смесите заедно, можете да получите напълно различен резултат в структурата, тоест как ще бъдат организирани молекулите и как молекулите ще кристализират или ще се превърнат в твърда форма.
Екипът установи, че при условия, подобни на титан, ACN и PCN се държат доста по-различно от всяко съединение поотделно. А именно, температурите, при които съединенията се топят или кристализират, се променят драматично от порядъка на стотици градуси по Целзий.
Тези точки на топене и кристализация биха били от значение в мъгливата жълта атмосфера на Титан. Различните слоеве на атмосферата варират по температура в зависимост от надморската височина над повърхността на луната, така че за да се разбере как се държат химикалите в мъглата, новото проучване предполага, че тези температурни колебания трябва да бъдат взети под внимание.
Освен това учените установиха, че когато ACN и PCN кристализират, те приемат различни кристални структури в зависимост от това дали са сами или в присъствието на друго съединение. Кристалите се образуват, когато отделните молекули на съединението се комбинират във високо организирана структура. Въпреки че градивните елементи на тази структура - молекулите - остават същите, в зависимост от фактори като температура, те могат да се съединят в малко по-различни конфигурации.
Тези вариации в кристалната структура са известни като полиморфии когато ACN и PCN съществуват сами по себе си, те приемат един полиморф при високи температури и друг при ниски температури. Но учените забелязаха, че ако има смес, тогава стабилността на висока температура и ниска температура може да бъде в известен смисъл променена. Тези фини подробности за това кога и как съединенията достигат стабилизирана структура наистина биха могли да променят разбирането за това какви минерали могат да бъдат намерени на Титан.
Мисията на НАСА Dragonfly, планирана да стартира през 2026 г. и да пристигне на Сатурн през 2034 г., може да предостави повече информация за минералния състав на Титан на място.
Прочетете също: