Titano atmosferoje NASA atrado „labai keistas“ molekules (Video)

NASA mokslininkai identifikavo molekulę Titano atmosferoje, kuri nėra buvusi aptikta jokioje kitoje atmosferoje. Tiesą sakant, daug chemikų nėra girdėję ar netgi nežino kaip ištarti jos pavadinimą: ciklopropenilidenas, arba C₃H₂.

Mokslininkai sako, kad ši paprasta anglies turinti molekulė gali būti sudėtingesnių junginių, galinčių formuoti ar maitinti galimą Titano gyvubę, prekursorius.

Tyrėjai aptiko C₃H₂ radioteleskopine observatorija šiaurės Čilėje, vadinamu Atakamos didžiuoju milimetrinių/submilimetrinių masyvu (ALMA). Teleskopu surinktuose duomenyse jie pastebėjo iš anglies ir vandenilio sudaryto C₃H₂ unikalų šviesos parašą; šie duomenys atskleidžia Titano atmosferos cheminę sudėtį pagal jos molekulių sugeriamą ar spinduliuojamą energiją.

„Kai suvokiau matantis ciklopropenilideną, pirmoji mintis buvo „Nagi, tai iš tiesų netikėta““, sako Conor Nixon, planetologas iš NASA Goddard kosminių skrydžių centro Greenbelte, Marylande, vadovavęs ALMA tyrimams. Jo komandos atradimai buvo publikuoti Astronomical Journal.

Nors mokslininkai C₃H₂ yra radę įvairiose galaktikos vietose, jo aptikimas atmosferoje buvo siurprizas, nes ciklopropenilidenas lengvai reaguoja su kitomis molekulėmis. Lig šiol astronomai C₃H₂ aptiko tik dujų debesyse ir dulkėse tarp žvaigždžių sistemų — kitaip tariant, pernelyg šaltuose ir išsklaidytuose regionuose, kad juose galėtų dalyvauti daugelyje cheminių reakcijų.

Tačiau tokiose tankiose atmosferose kaip Titanas, cheminis aktyvumas didelis. Tai yra pagrindinė priežastis, kodėl mokslininkai šiuo palydovu taip domisi, ir kodėl jis yra NASA būsimos Dragonfly misijos tikslas. Nixono komandai indentifikuoti mažus C₃H₂ kiekius Titane pavyko veikiausiai dėl to, kad jie tyrė viršutinius jo atmosferos sluoksnius, kur yra mažiau kitų dujų, su kuriomis C₃H₂ galėtų reaguoti. Mokslininkai dar nežino, kodėl ciklopropenilidenas pasirodo Titano atmosferoje, tačiau ne kitose atmosferose. „Titanas mūsų planetų sistemoje yra unikalus,“ pažymėjo Nixonas. „Jis pasirodė esantis naujų molekulių lobių skrynia.“

Didžiausias iš 62 Saturno palydovų, Titanas yra intriguojantis pasaulis, tam tikrais atžvilgiais labiausiai panašus į Žemę iš visų lig šiol aptiktų. Kitaip nei likę mūsų planetų sistemos palydovai — jų yra daugiau nei 200 — Titanas turi tankią, keturis kartus tankesnę už Žemės, atmosferą, jame susidaro debesys, lietus, debesys ir upės, ir netgi popaviršinį sūraus vandens okeaną.

Didžiąją Titano, kaip ir Žemės, atmosferos dalį sudaro azotas, su šiek tiek metano. Kai Saulės spindulių veikiamos metano ir azoto molekulės suskyla, jas sudarantys atomai pradeda sudėtingą organinės chemijos tinklą, kas patraukė mokslininkų dėmesį ir iškėlė šį palydovą į NASA buvusios ar esamos gyvybės mūsų planetų sistemoje paieškų sąrašo viršų.

„Stangiamės išsiaiškinti, ar Titanas tinkamas gyvybei,“ sako Rosaly Lopes, vyr. mokslo tyrėja ir Titano ekspertė NASA Reaktyvinio judėjimo laboratorijoje (JPL) Pasadenoje, Kalifornijoje. „Tad, norime sužinoti, kokie susidarę junginiai pasiekia paviršių, ir ar tada šios medžiagos per ledo plutą prasiskverbia į okeaną, nes manome, kad būtent šiame vandenyne sąlygos yra tinkamos gyvybei.“

Titano paviršiuje galbūt esantys molekulių tipai gali būti tokie patys, kurie sudarė gyvybės Žemėje statybinius blokus. Mokslininkai spėja, kad savo istorijos pradžioje, prieš 3,8 – 2,5 milijardus metų, kai Žemės oras buvo kupinas metano, o ne deguonies, sąlygos čia galėjo priminti dabar esančias Titane.

„Apiw Titaną galvojame kaip apie tikrą gyvybės laboratoriją, kurioje galime išvystu chemiją, panašią į vykusią Žemėje, kai joje ėmė rastis gyvybė,“ sakė Melissa Trainer, NASA Goddard astrobiologė. Trainer yra Dragonfly misijos vyr. tyrėjo pavaduotoja ir Dragonfly rotoreigio instrumento, kuriuo bus analizuojama Titano paviršiaus sudėtis, vadovė.

„Ieškosime didesnių už C₃H₂ molekuli,“ pažymėjo Trainer, „bet norint suprasti, kaip susidaro ir nulyja ant paviršiaus sudėtingos organinės molekulės, reikia žinoti, kas vyksta atmosferoje.

Ciklopropenilidenas kol kas yra vienintelė Titano atmosferoje, neskaitant benzeno, rasta kita „ciklinė“ molekulė. Nors C₃H₂ dabartinėse biologinėse reakcijose nedalyvauja, tokios uždaro žiedo molekulės yra svarbios, nes sudaro DNR nukleobazių žiedų pagrindą, sudėtingą cheminę struktūrą, pernešančią genetinį gyvybės kodą, ir RNR, kitą gyvybės funkcijoms kritiškai svarbų komponentą. „Jų cikliškumas atveria šią papildomą chemijos šaką, sudarančią sąlygas kurtis šioms gyvybiškai svarbioms molekulėms,“ sakė Alexander Thelen, Goddard astrobiologas, drauge su Nixonu dirbęs, atrandant C₃H₂.

Tokie mokslininkai kaip Thelenas ir Nixonas paprasčiausių su gyvybe susijusių anglies turinčių molekulių ieško dideliais ir itin jautriaiss antžeminiais teleskopais. Benzenas (C₆H₆) buvo laikomas bet kokios planetos atmosferos mažiausia sudėtinga, žiedine angliavandenilio molekule. Tačiau, panašu, dabar benzeno vietą užėmė dabar, C₃H₂ kurioje anglies atomų dvigubai mažiau nei benzene.

Nixono komanda ALMA observatorija Titaną stebėjo 2016 m. Jie nustebo aptikę pėdsakus keistos cheminės medžiagos, kurią Nixonas identifikavo kaip ciklopropenilideną, ieškodamas visų žinomų molekulių šviesos žymių duomenų bazę.

Siekdamas užtikrinti, kad iš tiesų užfiskuotas šis neįprastas junginys, Nixonas išnagrinėjo straipsnius, kurie buvo publikuoti, atlikus NASA Cassini zondo, tarp 2004 ir 2017 metų 127 kartus praskriejusio arti Titano, duomenų analizę. Jis norėjo patikrinti, ar zondo instrumentu aplink Saturną ir Titaną užuostos cheminės medžiagos patvirtina jo naujus rezultatus. (Instrumentas – masės spektrometras – aplink Titaną aptiko daugelio paslaptingų molekulių užuominas, kurias mokslininkai tebebando identifikuoti.) Ir iš tiesų, Cassini užfiksavo elektringą tos pačios molekulės versiją, C₃H₂⁺.

Kadangi šis radinys retas, mokslininkai stengiasi daugiau sužinoti apie ciklopropenilideną ir kaip jis galėtų reaguoti su kitomis Titano atmosferos dujomis.

„Tai labai keista maža molekulė, tad apie ją vidurinės mokyklos chemijos pamokose ar net bakalauro studijose nesimokoma,“ pažymėjo Michael Malaska, JPL planetologas, kuris, prieš susižavėdamas Titanu ir ėmęsis jo tyrimų, dirbo farmacijos pramonėje. „Čia, Žemėje, su tokiu junginiu susidurti veikiausiai neteks.“

Tačiau tokios molekulės, kaip C₃H₂ iš tiesų labai svarbios siekiant susidaryti platesnį Titao vaizdą, pažymi Malaska: „Kiekvienas rastas mažas gabalėlis ir dalelė padeda sudėti milžinišką ten vykstančių dalykų dėlionę.“

Lonnie Shekhtman, NASA’s Goddard Space Flight Center
scitechdaily.com

Nuoroda: „Detection of Cyclopropenylidene on Titan with ALMA“ by Conor A. Nixon, Alexander E. Thelen, Martin A. Cordiner, Zbigniew Kisiel, Steven B. Charnley, Edward M. Molter, Joseph Serigano, Patrick G. J. Irwin, Nicholas A. Teanby and Yi-Jehng Kuan, 15 October 2020, Astronomical Journal.
DOI: 10.3847/1538-3881/abb679