Учёные обнаружили «невозможные» молекулярные комбинации в атмосфере Титана

Учёные из NASA и Технологического университета Чалмерса в Швеции сообщают о новом открытии, которое меняет понимание химических процессов на спутнике Сатурна Титане. Согласно исследованию, на Титане возможны молекулярные комбинации, которые ранее считались невозможными, что противоречит фундаментальному правилу химии. Необычные условия на спутнике, связанные с экстремально низкими температурами, достигающими -180 градусов Цельсия, позволяют смешиваться полярным и неполярным веществам, которые в нормальных условиях не сочетаются. Это новое знание о химии открывает свежие возможности для понимания того, как может возникать внеземная жизнь, поскольку Титан считается одним из самых перспективных мест в Солнечной системе для её поиска.

Титан, несмотря на свой суровый холод, в некоторых важных аспектах напоминает раннюю Землю, включая атмосферу, богатую азотом и метаном. Неожиданные результаты исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences, могут также помочь определить, как учёные будут продолжать изучение химии Титана в поисках признаков жизни. В центре открытия лежит взаимодействие между полярными и неполярными молекулами. Полярные молекулы, такие как цианистый водород, имеют неравномерное распределение заряда, в то время как неполярные, такие как метан и этан, — нет. Обычно они не смешиваются, подобно маслу и воде. Однако новое исследование доказывает, что в условиях Титана эти вещества могут объединяться, формируя кристаллы.

Исследователи смоделировали условия Титана в лаборатории, охладив цианистый водород до чрезвычайно низких температур и добавив метан и этан. При помощи лазерной спектроскопии они обнаружили неожиданную комбинацию. Последующее компьютерное моделирование тысяч молекулярных комбинаций показало, что полярные и неполярные вещества могут образовывать стабильные со-кристаллы, в которых углеводороды проникают в кристаллическую решётку цианистого водорода. Это открытие противоречит химическому правилу «подобное растворяется в подобном». Как отметил соавтор работы Мартин Рам, это увлекательный пример того, как в химии сдвигаются границы и общепринятое правило не всегда работает.

Это открытие может повлиять на понимание геологии Титана и его странных ландшафтов, включая озёра, моря и песчаные дюны. Кроме того, цианистый водород, вероятно, играет важную роль в абиотическом создании строительных блоков жизни, таких как аминокислоты и нуклеобазы. Данные, полученные в ходе этого наземного исследования, будут крайне ценны для будущей миссии NASA «Dragonfly», запуск которой запланирован на 2034 год, а её целью является изучение поверхности Титана и поиск пребиотической химии и возможных признаков жизни. Команда учёных продолжит исследования химии цианистого водорода, чтобы понять, как их открытия могут применяться к Титану и другим холодным средам в космосе.