Zinātnieki ir atjaunojuši unikālos ķīmiskos apstākļus, kas pastāv uz Titāna, Saturna lielākā pavadoņa, sīkos stikla cilindros šeit uz Zemes, un eksperiments ir atklājis iepriekš nezināmas Mēness minerālu sastāva iezīmes.
Titāns ir otrs lielākais satelīts Saules sistēmā pēc Jupiteram piederošā Ganimīda, tam ir blīva atmosfēra, kas sastāv galvenokārt no slāpekļa ar metāna piejaukumu. Šī dzeltenīgā dūmaka uztur aptuveni -180°C temperatūru. Zem atmosfēras atrodas ezeri, jūras un šķidra metāna un etāna upes, kas klāj Titāna ledaino garozu, īpaši poliu tuvumā. Tāpat kā šķidrs ūdens uz Zemes, šīs dabasgāzes piedalās ciklā, kurā tās iztvaiko, veido mākoņus un pēc tam līst uz Mēness virsmas.
Titāna blīvā atmosfēra, šķidruma virsma un sezonālie laikapstākļi padara šo auksto mēnesi līdzīgu Zemei, un, tāpat kā mūsu planētai, tajā ir organiskas molekulas, kas satur oglekli, ūdeņradi un skābekli. Šīs organiskās ķīmijas dēļ, kas notiek uz Titāna, zinātnieki uzskata, ka Mēness varētu kalpot kā milzīga laboratorija, lai pētītu ķīmiskās reakcijas, kas notika uz Zemes pirms dzīvības parādīšanās uz planētas.
Taču tikai viens kosmosa kuģis Cassini ir detalizēti novērojis Saturnu un tā pavadoņus, tāpēc ir grūti veikt uz zemes bāzētus pētījumus par dīvaino ķīmisko sastāvu, kas atklāts uz Titāna. Tāpēc zinātnieku grupa nesen nolēma modelēt Titānu mēģenē.
Pirmkārt, grupa ievietoja šķidru ūdeni mazos stikla cilindros un pazemināja temperatūru līdz apstākļiem, kas līdzīgi titānika apstākļiem. Ūdens sastinga, atdarinot Titāna ledaino garozu. Pēc tam komanda pievienoja caurulei etānu, kas kļuva šķidrs kā ezeri uz Titāna virsmas. Visbeidzot, viņi pievienoja slāpekli, lai izveidotu Titāna atmosfēru, un pēc tam nedaudz mainīja temperatūru caurulē, lai modelētu temperatūras svārstības uz Titāna virsmas un dažādos atmosfēras slāņos.
Savā jaunākajā pētījumā, kas tika prezentēts 26. augustā American Chemical Society Fall Meeting, komanda pievienoja divus savienojumus – acetonitrilu (ACN) un propionitrilu (PCN). Cassini misijas dati liecina, ka šie savienojumi Titānā ir daudz. Lielākā daļa iepriekšējo pētījumu ir pētījuši abus savienojumus atsevišķi tīrā veidā, taču komanda vēlējās redzēt, kas notiktu, ja savienojumi tiktu sajaukti, kā tas varētu būt Titāna gadījumā. Atšķirībā no darba ar katru savienojumu atsevišķi, ja tos sajauc kopā, var iegūt pavisam citu rezultātu struktūrā, tas ir, kā molekulas tiks sakārtotas un kā molekulas kristalizēsies vai pārvērtīsies cietā formā.
Komanda atklāja, ka titānam līdzīgos apstākļos ACN un PCN uzvedas diezgan atšķirīgi nekā katrs savienojums atsevišķi. Proti, temperatūra, kurā savienojumi kūst vai kristalizējas, krasi mainās, simtiem grādu pēc Celsija.
Šie kušanas un kristalizācijas punkti būtu aktuāli Titāna miglainajā dzeltenajā atmosfērā. Dažādu atmosfēras slāņu temperatūra atšķiras atkarībā no augstuma virs Mēness virsmas, tāpēc, lai saprastu, kā uzvedas dūmakā esošās ķīmiskās vielas, jaunais pētījums liecina, ka šīs temperatūras svārstības ir jāņem vērā.
Turklāt zinātnieki atklāja, ka, kristalizējoties ACN un PCN, tie pieņem dažādas kristāla struktūras atkarībā no tā, vai tie ir atsevišķi vai cita savienojuma klātbūtnē. Kristāli veidojas, kad atsevišķas savienojuma molekulas tiek apvienotas augsti organizētā struktūrā. Lai gan šīs struktūras pamatelementi - molekulas - paliek nemainīgi, atkarībā no tādiem faktoriem kā temperatūra, tie var savienoties kopā nedaudz atšķirīgās konfigurācijās.
Šīs kristāla struktūras variācijas ir zināmas kā polimorfi, un, ja ACN un PCN pastāv paši, tie pieņem vienu polimorfu augstās temperatūrās un otru zemā temperatūrā. Bet zinātnieki pamanīja, ka, ja ir maisījums, tad augstās un zemās temperatūras stabilitāti zināmā mērā var mainīt. Šīs smalkās detaļas par to, kad un kā savienojumi sasniedz stabilizētu struktūru, patiešām varētu mainīt izpratni par to, kādi minerāli var atrast Titānā.
NASA Dragonfly misija, kuru plānots uzsākt 2026. gadā un ierasties Saturnā 2034. gadā, var sniegt vairāk informācijas par Titāna minerālu sastāvu in situ.
Lasi arī: