Анализ атмосферы Титана позволил ученым выявить уникальные механизмы формирования молекул
Самая большая луна Сатурна — Титан, является уникальным спутником в Солнечной системе. Только он содержит плотную и богатую азотом атмосферу, которая также содержит углеводороды и другие соединения. Однако история формирования столь богатой химической смеси до сих пор является источником научных дебатов. Новое исследование ученых из Отдела химических наук Национальной лаборатории Лаборатории Лоренса Беркли (лаборатория Беркли) обосновывает низкотемпературный химический механизм, согласно которому на Титане возможно образование многозонных молекул — предшественников более сложной химии, которые присутствуют коричнево-оранжевой дымке спутника.
Исследование, проведенное под руководством Ральфа Кайзера из Гавайского университета в Маноа было опубликовано 8 октября в журнале «Nature Astronomy». Примечательно, что оно противоречит теориям, согласно которым механизмы высокотемпературной реакции необходимы для создания химического состава, который наблюдали зонды в атмосфере Титана.
«Мы впервые предоставляем доказательства низкотемпературного реакционного пути формирования, о котором человечество даже не думало ранее», — сообщил Мусахид Ахмед, ученый из отдела химических наук Беркли Лаборатории, соавтор исследования. «Это порождает недостающее звено в химической карте Титана».
Ученый объяснил, что Титан может быть настоящим образцом наличия процессов развития сложной химии на других лунах и планетах, включая Землю. Так на спутнике был обнаружен
бензол — простой углеводород с шестиугольной молекулярной структурой с одним кольцом, который считается строительным блоком для крупных молекул углеводородов с двух- и трехкольцевыми структурами, которые, в свою очередь, образовывали другие углеводороды и аэрозольные частицы, которые сегодня составляют атмосферу Титана. Эти многозонные углеводородные молекулы известны как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).
В последнем исследовании ученые смешали два газа — короткоживущую двухцилиндровую ПАУ, известную как нафтильный радикал (C10H7) и углеводород, называемый винилацетилен (C4H4) — в ALS, и продуцировали трехцепочечные ПАУ в этом процессе. Исходя из современных данных оба химиката, используемые для реакции, присутствуют в составе атмосферы Титана.
Эксперименты ALS вытесняли конечные продукты реакций из небольшой реакционной камеры. Исследователи использовали детектор, известный как отражательный масс-спектрометр времени пролета, для измерения массы молекулярных фрагментов, образующихся при реакции двух газов. Эти измерения предоставили подробности о химии трехцепочечных ПАУ (фенантрен и антрацен).
В то время как эксперименты ALS использовали химический реактор для моделирования химической реакции и пучка вакуумного ультрафиолетового света для обнаружения продуктов реакции, поддерживающие расчеты и моделирование показали, что химикаты, образующиеся в экспериментах ALS, не требуют высоких температур.
По мнению Кайзера ПАУ, подобные химическим веществам, изучаемым в БАС, обладают свойствами, которые делают их особенно трудными для идентификации в глубоком космосе.
«На самом деле в газовой фазе межзвездной среды не обнаружено ни одного индивидуального ПАУ», который является материалом, заполняющим пространство между звездами, — отметил ученый. «Наше исследование демонстрирует, что ПАУ более широко распространены, чем ожидалось, так как они не требуют высоких температур, которые присутствуют вокруг углеродных звезд. Этот механизм, который мы предлагаем, является универсальным и, как ожидается, приведет к образованию более сложных ПАУ. И поскольку ПАУ считаются предшественниками формирования молекулярных облаков — так называемых «молекулярных фабрик» более сложных органических молекул, которые могут включать в себя предшественники жизни, как мы ее знаем, — это может открыть теории и новые модели того, как развивается и формируется углеродсодержащий материал в глубоком космосе и в богатых атмосферах планет и их лунах в Солнечной системе».
