Полярни и неполярни молекули се комбинират на спътника на Сатурн при екстремно студени условия

Учени от Техническия университет Чалмърс в Швеция и НАСА направиха изненадващо откритие, което поставя под въпрос един от фундаменталните принципи на химията. В изключително студените условия на Титан, най-големия спътник на Сатурн, вещества, които нормално не могат да се комбинират, образуват стабилни кристални структури. Откритието разширява разбирането за химичните процеси, които са предшествали появата на живота на Земята.

Титан отдавна привлича вниманието на изследователите заради еволюцията си, която може да хвърли светлина върху ранните химични процеси на нашата планета. Крехката повърхност на спътника и гъстата му атмосфера, богата на азот и метан, приличат на условията, които са съществували на Земята преди милиарди години. Чрез изучаването на Титан, учените се надяват да открият нови доказателства за произхода на живота.

Нарушаване на златното правило

Мартин Рам, доцент в катедра "Химия и химически инженеринг" в Техническия университет Чалмърс, изучава от години химичния състав на Титан. Той и колегите му смятат, че тяхното откритие - че определени полярни и неполярни вещества могат да се комбинират при изключително студени условия - може да послужи за ръководство при бъдещи изследвания на повърхността и атмосферата на спътника.

Проучването, публикувано в научното списание PNAS, разкрива, че метанът, етанът и циановодородът - съединения, които се срещат в изобилие на повърхността и в атмосферата на Титан - могат да взаимодействат по начин, за който преди се смяташе, че е невъзможен. Фактът, че циановодородът - силно полярна молекула - може да кристализира заедно с неполярни субстанции като метан и етан, е забележителен, тъй като този тип молекули обикновено стоят разделени, подобно на олиото и водата.

"Зададохме си малко луд въпрос: може ли измерванията да се обяснят с кристална структура, в която метанът или етанът са смесени с циановодород? Това противоречи на правилото в химията 'подобното разтваря подобното', което по същество означава, че не би трябвало да е възможно да се комбинират тези полярни и неполярни вещества", обяснява Мартин Рам.

Хиляди компютърни симулации

Изследователите от Чалмърс използваха мащабни компютърни симулации, за да тестват хиляди различни начини за организиране на молекулите в твърдо състояние. В анализа си те установиха, че въглеводородите са проникнали в кристалната решетка на циановодорода и са образували стабилни нови структури, известни като ко-кристали.

"Това може да се случи при много ниски температури, каквито са на Титан. Нашите изчисления предсказаха не само, че неочакваните смеси са стабилни при условията на Титан, но и спектри на светлината, които съвпадат добре с измерванията на НАСА", добавя ръководителят на изследването.

Ключ към произхода на живота

Откритието на неочакваното взаимодействие между тези вещества може да повлияе на разбирането за геологията на Титан и неговия странен пейзаж от езера, морета и пясъчни дюни. Освен това циановодородът вероятно играе важна роля в абиотичното създаване на някои от основните градивни елементи на живота - например аминокиселините, които се използват за създаване на протеини, и нуклеотидните бази, необходими за генетичния код.

"Така че нашата работа допринася за по-доброто разбиране на химичните процеси преди появата на живота и как те могат да протичат в екстремни, негостоприемни условия", казва Рам.

Откритието може да има значение и за други студени среди в космоса. Циановодородът се среща на много места във Вселената - например в големи прахови облаци, в планетарни атмосфери и в комети. Резултатите от изследването могат да помогнат да се разбере какво се случва в други студени райони на космоса и дали други неполярни молекули също могат да навлязат в кристалите на циановодорода.

Предстоящата мисия "Дрегънфлай" на НАСА, която трябва да бъде изстреляна през 2028 година и да пристигне на Титан през 2034 година, ще може да провери тези открития на място.