Ученые недавно обнаружили, что в чрезвычайно холодной среде крупнейшего спутника Сатурна, Титана, материалы, которые изначально были несмешиваемыми, могут фактически соединяться вместе. Этот прорыв дает новые ключи к пониманию процесса формирования основных молекул жизни.

Титан уже давно привлекает внимание ученых из-за своих сложных химических реакций и ледяной среды. На Титане есть озера, океаны, песчаные дюны и плотная атмосфера, состоящая из азота, метана и сложных соединений на основе углерода. Из-за своего большого сходства с окружающей средой ранней Земли Титан считается одной из важных целей для изучения происхождения жизни.

Исследования Мартина Рама, доцента кафедры химии и химического машиностроения Технологического университета Чалмерса, и его команды показывают, что метан, этан и цианистый водород, которые в изобилии присутствуют на поверхности и в атмосфере Титана, могут взаимодействовать при чрезвычайно низких температурах. Самое удивительное то, что полярная молекула цианистого водорода может образовывать твердые кристаллы с неполярными молекулами, такими как метан или этан. Традиционная химическая теория утверждает, что эти вещества подобны нефти и воде и не могут быть смешаны, но в экстремальных условиях Титана произошли неожиданные комбинации.

Профессор Рам отметил: «Это открытие помогает нам понять крупномасштабные явления на гигантских спутниках, которые полностью отличаются от Земли, а также прокладывает путь для будущих исследований Луны». Он также добавил: «Цианистый водород может участвовать в синтезе основных строительных блоков жизни, таких как аминокислоты и нуклеозидные основания, в неживых условиях. Таким образом, это исследование помогает выявить химические процессы, предшествующие возникновению жизни, и углубляет наше понимание молекулярного поведения в экстремальных условиях».

Исследование было проведено Университетом Чалмерса в сотрудничестве с Лабораторией реактивного движения НАСА. Команда НАСА смешала цианистый водород с метаном или этаном при температуре около 90 Кельвинов (около -180°C) и с помощью лазерного спектроскопического анализа обнаружила, что, хотя основной каркас молекулы не изменился, на атомном уровне появилась новая синергия. Затем команда Рама использовала компьютерное моделирование для проверки тысяч схем расположения молекул в твердом состоянии, подтвердив, что гидрид может быть встроен в кристаллическую структуру цианида водорода и сформировать новый стабильный сокристалл. Результаты моделирования полностью согласуются с экспериментальными спектральными наблюдениями НАСА, что подтверждает этот вывод.

Профессор Рам подчеркнул, что, хотя этот результат бросает вызов основному правилу химии, согласно которому «полярные и неполярные вещества нельзя смешивать», он не требует пересмотра учебников. «Это просто доказывает, что границы химии можно расширить, и показывает, что универсальные правила применимы не во всех крайних случаях».

НАСА планирует запустить зонд «Стрекоза» в 2028 году и, как ожидается, прибудет на Титан в 2034 году, чтобы провести более глубокие химические и передовые исследования жизни на его поверхности. Команда Рама также продолжит работать с НАСА над дальнейшим изучением химического процесса образования цианида водорода в среде Титана.

Титан не только имеет вторую систему жидких озер за пределами Земли, но также имеет плотную атмосферу и сезонные циклы, аналогичные тем, что были на ранней Земле. Под поверхностью льда может быть даже спрятан океан с жидкой водой, обеспечивающий возможность зарождения жизни. Открытие этого сокристалла применимо не только к Титану, но также может помочь ученым понять молекулярную эволюцию и пребиотические химические процессы в других холодных средах Вселенной.

Составлено из /ScitechDaily