Ученые установили, что на Титане, самом крупном спутнике Сатурна, нарушается одно из основных правил химии. В условиях экстремального холода этого мира вещества, которые на Земле никогда не смешиваются, образуют стабильные кристаллы.
Основной принцип химии, о котором идет речь — это «подобное растворяется в подобном». Это известно каждому, кто хотя бы раз пытался соединить масло с водой. Все понимают, что полярные молекулы (как вода) обладают неравномерным распределением заряда и притягиваются друг к другу, игнорируя неполярные молекулы (масло), у которых заряд распределен симметрично. Именно поэтому масло и вода образуют отдельные слои, а не смешиваются.
Однако специалисты Лаборатории реактивного движения NASA и Технологического университета Чалмерса в Швеции обнаружили удивительное явление — не на Земле, а на Титане. При температуре минус 183 градуса Цельсия — именно такие условия на поверхности крупнейшего спутника Сатурна — полярные молекулы цианистого водорода формируют устойчивые кристаллы с абсолютно неполярными метаном и этаном — веществами, которые в земных условиях с ними полностью несовместимы.
«Это противоречит правилу химии “подобное растворяется в подобном”, которое в основном подразумевает, что объединить полярные и неполярные молекулы невозможно», — комментирует ведущий автор исследования Мартин Рам, доцент химии из Университета Чалмерса.
Чтобы понять, как происходит слияние различных по природе молекул на Титане, ученые воспроизвели условия этого спутника в лаборатории, смешав метан, этан и цианистый водород при крайне низких температурах. Спектроскопический анализ продемонстрировал неожиданные результаты: молекулы метана и этана действительно встраивались в промежутки кристаллической структуры цианистого водорода, создавая необычный со-кристалл. «Наши расчеты предсказали, что в условиях Титана становятся стабильными не только необычные смеси, но и спектры света, которые хорошо совпадают с измерениями NASA», — говорит Рам.
Это открытие вызывает особый интерес, так как условия на поверхности Титана напоминают раннюю Землю. Его атмосфера насыщена азотом, метаном и этаном, которые циркулируют в локальной погодной системе, схожей с земным круговоротом воды. Понимание того, как эти простые молекулы взаимодействуют между собой в экстремальных условиях, может пролить свет на процессы формирования первых молекул жизни на нашей планете.
Планетолог Афина Кустенис из Парижско-Медонской обсерватории считает, что будущие данные миссии NASA Dragonfly, которая прибудет на Титан в 2034 году, могут выявить признаки необычных со-кристаллов на поверхности спутника и помочь понять их роль как возможной среды для пребиотических реакций — химических процессов, предшествующих возникновению жизни.
Учёные также установили, что в озерах Титана молекулы могут формировать примитивные клетки.
Фото: hi-tech.mail.ru