3702 12

Ученые НАСА обнаружили «странную» молекулу в атмосфере Титана

Ученые НАСА определили молекулу в атмосфере Титана, которая никогда не была обнаружена ни в какой другой атмосфере. Фактически, многие химики, вероятно, даже не слышали о ней или не знают, как это произносится: циклопропенилиден или C3H2. Ученые говорят, что эта простая молекула на основе углерода может быть предшественником более сложных соединений, которые могли образовывать или питать возможную жизнь на Титане.

Исследователи обнаружили C3H2 с помощью радиотелескопической обсерватории на севере Чили, известной как Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая матрица (ALMA). Они обнаружили C3H2, состоящий из углерода и водорода, при просмотре спектра уникальных световых сигнатур, собранных телескопом; они раскрыли химический состав атмосферы Титана по энергии, испускаемой или поглощаемой его молекулами.

«Когда я понял, что смотрю на циклопропенилиден, моей первой мыслью было: «Что ж, это действительно неожиданно», - сказал Конор Никсон, ученый-планетолог из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, который руководил поисками с ALMA. Выводы его группы были опубликованы 15 октября в Astronomical Journal.

Хотя ученые обнаружили C3H2 в карманах по всей галактике, обнаружение его в атмосфере стало неожиданностью. Это связано с тем, что циклопропенилиден может легко реагировать с другими молекулами, с которыми он вступает в контакт, и образовывать различные частицы. Астрономы до сих пор обнаружили C3H2 только в облаках газа и пыли, которые плавают между звездными системами - другими словами, в областях, слишком холодных и диффузных, чтобы облегчить многие химические реакции.

Но плотные атмосферы, подобные атмосфере Титана, представляют собой ульи химической активности. Это основная причина, по которой ученые интересуются этой луной, которая является местом назначения предстоящей миссии НАСА Dragonfly. Команда Никсона смогла идентифицировать небольшие количества C3H2 на Титане, вероятно, потому, что они искали в верхних слоях атмосферы луны, где меньше других газов, с которыми C3H2 может взаимодействовать. Ученые еще не знают, почему циклопропенилиден появляется в атмосфере Титана, но не в другой атмосфере. «Титан уникален в нашей солнечной системе», - сказал Никсон. «Он оказался сокровищницей новых молекул».

Титан, самый большой из 62 спутников Сатурна, представляет собой интригующий мир, который в некотором смысле больше всего похож на Землю. В отличие от любой другой луны в Солнечной системе - их более 200 - у Титана толстая атмосфера, которая в четыре раза плотнее, чем у Земли, плюс облака, дождь, озера и реки и даже подземный океан соленой воды.

Атмосфера Титана состоит в основном из азота, как и на Земле, с небольшим количеством метана. Когда молекулы метана и азота распадаются под ярким светом Солнца, составляющие их атомы развязывают сложную игру органической химии, которая пленила ученых и вывела эту луну на вершину списка самых важных целей в поисках настоящей или прошлой жизни в солнечной системе.

«Мы пытаемся выяснить, пригоден ли Титан для жизни», - сказала Розали Лопес, старший научный сотрудник и эксперт по Титану в Лаборатории реактивного движения (JPL) НАСА в Пасадене, Калифорния. «Поэтому мы хотим знать, какие соединения из атмосферы попадают на поверхность, а затем, могут ли эти молекулы пройти сквозь ледяную корку и попасть в океан внизу, потому что мы думаем, что океан - это то место, где есть условия для обитания».

Типы молекул, которые могут находиться на поверхности Титана, могут быть теми же самыми, что сформировали строительные блоки жизни на Земле. Ученые подозревают, что в начале своей истории, от 3,8 до 2,5 миллиардов лет назад, когда воздух Земли был наполнен метаном вместо кислорода, условия здесь могли быть похожи на те, что на Титане сегодня.

«Мы думаем о Титане как о реальной лаборатории, где мы можем увидеть химию, аналогичную химии древней Земли, когда зародилась жизнь», - сказала Мелисса Трейнер, астробиолог НАСА. Трейнер является заместителем главного исследователя миссии Dragonfly и руководит инструментами на винтокрылом Dragonfly, который будет анализировать состав поверхности Титана.

«Мы будем искать молекулы большего размера, чем C3H2, - сказала Трейнер, - но нам нужно знать, что происходит в атмосфере, чтобы понять химические реакции, которые приводят к формированию сложных органических молекул и выпадению дождя на поверхность.

Циклопропенилиден - «циклическая» молекула, или молекула с замкнутым контуром, помимо бензола, которая до сих пор была обнаружена в атмосфере Титана. «Ее циклическая природа открывает дополнительную ветвь химии, которая позволяет создавать биологически важные молекулы», - сказал Александр Телен, астробиолог, который работал с Никсоном в поиске C3H2.

Такие ученые, как Телен и Никсон, используют большие и высокочувствительные земные телескопы для поиска простейших связанных с жизнью молекул углерода, которые они смогли найти в атмосфере Титана. Бензол считался самой маленькой единицей сложных кольцевых углеводородных молекул, обнаруженных в атмосфере любой планеты. Но теперь его место, похоже, занял C3H2 с половиной атомов углерода бензола.

Команда Никсона использовала обсерваторию ALMA для изучения Титана в 2016 году. Они были удивлены, обнаружив странный химический отпечаток, который Никсон идентифицировал как циклопропенилиден, просматривая базу данных всех известных молекулярных световых сигнатур.

Чтобы дважды проверить, действительно ли исследователи видели это необычное соединение, Никсон внимательно изучил исследовательские работы, опубликованные на основе анализа данных космического корабля НАСА Кассини, который совершил 127 близких пролетов над Титаном в период с 2004 по 2017 годы, который также обнаружил химические соединения вокруг Сатурна и Титана. (Инструмент, называемый масс-спектрометром, уловил намеки на многие загадочные молекулы на Титане, которые ученые все еще пытаются идентифицировать). Действительно, Кассини обнаружил доказательства наличия электрически заряженной версии той же молекулы, C3H3+.

Учитывая, что это редкая находка, ученые пытаются больше узнать о циклопропенилидене и о том, как он может взаимодействовать с газами в атмосфере Титана.

«Это очень странная маленькая молекула, поэтому ее не изучают на уроках химии в старших классах и даже на бакалавриате», - сказал Майкл Маласка, планетолог из Лаборатории реактивного движения, который работал в фармацевтической промышленности, прежде чем влюбился в Титан и переключился на него. «Здесь, на Земле, вы не столкнетесь с этим».

Но, по словам Маласки, обнаружение таких молекул, как C3H2, действительно важно для видения общей картины Титана: «Каждый маленький кусочек и деталь, которые вы можете обнаружить, могут помочь вам собрать воедино огромную загадку всего того, что там происходит».

(Добавил: LifeMars)

Поддержи AstroNews           Читайте AstroNews в Яндекс.Дзен