Ученые давно интересуются крупнейшим спутником Сатурна — оранжевым Титаном. Его холодная среда с плотной атмосферой из азота и метана напоминает условия на молодой Земле миллиарды лет назад. Изучая Титан, исследователи надеются найти ключи к пониманию происхождения жизни.
На спутнике Сатурна Титане химия возникновения жизни может быть другой
Исследователи из Шведского технологического университета Чалмерса и NASA обнаружили, что в экстремально холодных условиях спутника Сатурна Титана обычно несовместимые химические вещества могут образовывать стабильные соединения. Открытие бросает вызов одному из фундаментальных правил химии и расширяет понимание процессов, предшествующих возникновению жизни.
Исследователи давно интересуются самой большой луной Сатурна, Титаном, и его средой, где есть озера, моря, песчаные дюны и плотная атмосфера, полная азота, метана и сложных химических соединений на основе углерода. Титан имеет некоторые общие черты с ранней эволюцией нашей планеты и поэтому может дать исследователям подсказки о происхождении жизни. Credit: NASA-JPL-Space Science Institute
Титан — единственный спутник в Солнечной системе с плотной атмосферой и единственное известное небесное тело, кроме Земли, где на поверхности существуют стабильные жидкости. Однако вместо воды там озера и моря из жидких углеводородов — метана и этана. Температура на поверхности составляет около минус 180 градусов Цельсия. Атмосферное давление в 1,5 раза выше земного. Эти экстремальные условия создают уникальную химическую среду, где привычные правила могут не работать.
Мартин Рам, доцент кафедры химии и химической инженерии университета Чалмерса, давно работает над анализом химических процессов на Титане. Его группа сделала неожиданное открытие: метан, этан и цианистый водород, присутствующие в больших количествах в атмосфере и на поверхности спутника, могут взаимодействовать способом, который ранее считался невозможным. Работа опубликована в журнале PNAS.
Новая химия жизни
Горная гряда на Титане с высоты 10 км (радиоспектральный снимок зонда «Гюйгенс»).
На Титане цианистый водород — резко полярная молекула — способен образовывать кристаллы с совершенно неполярными веществами, такими как метан и этан. Это противоречит правилу «подобное растворяется в подобном», которое утверждает, что полярные и неполярные вещества должны оставаться строго разделенными, как масло и вода.
«Открытие неожиданного взаимодействия между этими веществами может повлиять на понимание геологии Титана и его странных ландшафтов с озерами, морями и песчаными дюнами», — говорит Мартин Рам.
Работа началась с попытки ответить на вопрос: что происходит с цианистым водородом после его образования в атмосфере Титана? Группа в Лаборатории реактивного движения NASA провела эксперименты, смешивая вещества при температурах около 90 кельвинов (минус 180 градусов Цельсия). Лазерная спектроскопия показала странные результаты, для объяснения которых привлекли команду Рама.
Используя масштабные компьютерные симуляции, исследователи из Чалмерса протестировали тысячи вариантов организации молекул в твердом состоянии. Они обнаружили, что углеводороды проникают в кристаллическую решетку цианистого водорода, образуя стабильные сокристаллы. Это возможно при очень низких температурах, характерных для Титана.
Аппарат Dragonfly отправится к Титану в 2028 году и прибудет на поверхность в 2034 году.
Открытие важно не только для понимания самого спутника. Цианистый водород играет важную роль в создании строительных блоков жизни — аминокислот для белков и нуклеотидов для ДНК.
В 2028 году NASA планирует запустить зонд Dragonfly, который достигнет Титана в 2034 году для изучения пребиотической химии и поиска признаков жизни.