Най-големият спътник на Сатурн, Титан, отдавна предизвиква интерес. А причината е, че неговата еволюция може да ни разкаже повече за нашата собствена планета и най-ранните химически етапи по пътя към живота.

Студената среда на Титан и неговата плътна атмосфера, наситена с азот и метан, до голяма степен приличат на условията, които се предполага, че са съществували на младата Земя преди милиарди години.

Изследвайки Титан, учените се надяват да намерят ключове към произхода на живота.

Благодарение на серия химически експерименти и моделиране в тази насока е направен голям пробив, за който неговите автори, международна група учени, съобщиха в списанието PNAS.

„Това са много вълнуващи резултати, които могат да ни помогнат да разберем процесите в мащаба на цяло небесно тяло – луна с размерите на планетата Меркурий“, сподели химикът Мартин Рам от Техническия университет Чалмерс.

Строителни блокове на живота в екстремни условия

Изследователите откриха, че циановодородът, изключително полярна молекула, може да образува кристали с абсолютно неполярните метан и етан.

Това е повече от удивително, защото такива вещества обикновено не са способни да се смесват.

„Откриването на това неочаквано взаимодействие може да повлияе на нашето разбиране за геологията на Титан и неговите странни ландшафти с езера, морета и пясъчни дюни. Освен това, циановодородът вероятно играе важна роля в абиотичния синтез на няколко градивни елемента на живота, например аминокиселини, използвани за изграждане на протеини, и нуклеинови основи, необходими за генетичния код.“, обяснява Рам.

Сътрудничество с НАСА

Предпоставка за изследването беше нерешеният въпрос за Титан: какво се случва с циановодора след образуването му в атмосферата на спътника? Отлага ли се той в многометров слой на повърхността или по някакъв начин взаимодейства с околната среда?

В търсене на отговор в Лабораторията за реактивно движение на НАСА в Калифорния смесиха циановодород с метан и етан при −180 °C. Резултатът образува се твърд разтвор.

„Това доведе до вълнуващо теоретично и експериментално сътрудничество между Чалмерс и НАСА. Зададохме си малко луд въпрос: може ли измерванията да се обяснят с наличието на кристална структура, в която метанът или етанът са смесени с циановодород? Това противоречи на химичното правило „подобното се разтваря в подобното“, което по същество гласи, че е невъзможно да се комбинират тези полярни и неполярни вещества“, обяснява експертът.

Разширяване на границите на химията

В Чалмерс проведоха мащабно компютърно моделиране, за да тестват хиляди различни начини за организиране на молекулите в твърдо състояние. Оказа се, че алканите проникват в кристалната решетка на циановодора и образуват стабилни структури – съкристали.

„Това може да се случи при много ниски температури, подобни на условията на Титан. Нашите изчисления предсказаха не само, че неочакваните смеси са стабилни в условията на Титан, но и спектрите на светлината, които добре съвпадат с измерванията на НАСА“, отбелязва Рам.

Откритието оспорва едно от най-известните правила в химията, но Мартин Рам не смята, че е дошло време да се преписват учебниците по химия.

„Разглеждам това като прекрасен пример за това как в химията границите се изместват и общоприетото правило не винаги работи“, обяснява той.

Изчисленията на химиците ще бъдат проверени от Dragonfly, който трябва да изследва Титан през 2034 г. А междувременно Мартин Рам ще продължи да изучава химията на циановодора в сътрудничество с НАСА.