„Странна“ молекула, открита на Титан, никога не е била откривана в която и да е друга атмосфера

Титан, и без това доста странната луна на Сатурн, наскоро стана още по-странен. Астрономите са открили циклопропенилиден (C3H2) в атмосферата му – изключително рядка молекула на основата на въглерод, която е толкова реактивна, че може да съществува на Земята само в лабораторни условия.

Всъщност тя е толкова рядка, че никога досега не е била откривана в атмосфера, в Слънчевата система или другаде. Единственото друго място, където може да остане стабилно това съединение, е студената празнина на междузвездното пространство. Но това може да е градивен елемент за по-сложни органични молекули, които един ден могат да доведат до живот.

„Мислим за Титан като за реална лаборатория, където можем да видим подобна химия като тази на древната Земя, когато животът се е утвърждавал тук“, казва астробиологът Мелиса Трейнър от Центъра за космически полети „Годард“ на НАСА, един от главните учени, който ще изследва тази луна в предстоящата мисия Dragonfly, стартираща през 2027 г.

„Ще търсим по-големи молекули от C3H2, но трябва да знаем какво се случва в атмосферата, за да разберем химичните реакции, които водят до образуване и дъжд на повърхността от сложни органични молекули.“

Циклопропенилиденът – който дори изследователите на НАСА описват като „много странна малка молекула“ – няма склонност да трае дълго в атмосферни условия, тъй като реагира много бързо и лесно с други молекули, образувайки други съединения. След като го направи, вече не е циклопропенилиден.

В междузвездното пространство всеки газ или прах обикновено е много студен и много дифузен, което означава, че съединенията не си взаимодействат много и циклопропенилиденът може да се намира наоколо.

Титан обаче, е много различен от междузвездното пространство. Това е нещо влажно, с въглеводородни езера, въглеводородни облаци и преобладаващо азотна атмосфера, с малко метан. Атмосферата е четири пъти по-дебела от земната, (в която също преобладава азотът). Под повърхността учените смятат, че има огромен океан от солена вода.

През 2016 г. екип, воден от планетарния учен Конор Никсън от Космическия полетен център на Годард на НАСА, използва Големият милиметров телескоп / субмилиметров масив на Атакама (ALMA) в Чили, за да изследва атмосферата на Титан, търсейки органични молекули.

Така, в слабата горна атмосфера, високо над повърхността на Титан, учените откриха неизвестен химически подпис. Сравнявайки го с база данни с химически профили, екипът идентифицира молекулата като циклопропенилиден. Вероятно тънкостта на атмосферата на тази височина допринася за оцеляването на молекулата, но защо тя се появява на Титан и никъде другаде, е загадка.

„Когато разбрах, че разглеждам циклопропенилиден, първата ми мисъл беше„ Е, това е наистина неочаквано “, казва Никсън. „Титан е уникален в нашата Слънчева система. Той се оказа съкровище от нови молекули.“

Циклопропенилиденът е от особен интерес, тъй като е известен като пръстенна молекула; трите му въглеродни атома са свързани заедно в пръстен (по-точно триъгълник, но принципът е един и същ). Въпреки че самият циклопропенилиден не е известен, че играе биологична роля, нуклеобазите на ДНК и РНК се основават на такива молекулярни пръстени.

„Цикличният им характер отваря този допълнителен клон на химията, който ви позволява да изграждате тези биологично важни молекули“, казва астробиологът Александър Телен от Центъра за космически полети „Годард“ на НАСА.

Колкото по-малка е молекулата, толкова по-голям потенциал има – реакции, включващи по-малки молекули с по-малко връзки, се очаква да се случат по-бързо, отколкото реакции, включващи по-големи и по-сложни молекули. Това означава, че реакциите, включващи по-малки молекули, само чрез числа, се очаква да доведат до по-разнообразен набор от резултати.

Преди се смяташе, че бензенът (C6H6) е най-малката въглеводородна пръстенна молекула във всяка атмосфера (включително на Титан). Циклопропенилиденът обаче, го бие.

Титан вече е средище на органична химическа активност. Азотът и метанът се разпадат на слънчевата светлина, предизвиквайки каскада от химични реакции. Дали тези реакции могат да доведат до живот е въпрос, на който учените се опитват да отговорят.

„Опитваме се да разберем дали Титан е обитаем и гостоприемен за някаква форма на живот“, казва геологът Розали Лопес от Лабораторията за реактивно задвижване на НАСА. „Затова искаме да знаем какви съединения от атмосферата излизат на повърхността и след това дали този материал може да премине през ледената кора до океана отдолу, защото смятаме, че именно океанът предлага обитаемите условия.“

Изследването на съединенията, които присъстват в атмосферата, е много важна стъпка в този изследователски процес. Циклопропенилиденът може да е малък и странен, но тази изключително рядка молекула може да бъде ключова част от химическия пъзел на Титан. Сега просто трябва да разберем как се вписва в него.

Изследването е публикувано в The Astronomical Journal.